四面体の6辺の長さから体積を求める(5) | のこはんのブログ

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 四面体O-ABC6長さから体積を求めます。

前回体積の2576倍である16Ay₂²z²

A³-2A²(B+C+Q+R)
 +A{(B-R)²+(C-Q)²+4(B+R)(C+Q)}
 +4{BC(Q+R)+QR(B+C)-BQ(B+Q)-CR(C+R)}
 -A{B+C+Q+R-(A+2P)}²
 -2(B-R)(C-Q)(A+2P)

と求まりました。

今回はこの式を簡単な形にしていきます。

 

まず、文字の設定を確認しておきます。

6長さを、

 ・OA=a、・OB=b、・OC=c

 ・AB=r、・BC=p、・CA=q

 とします。

 ・O含む辺他方の点文字(a,b,c)

 ・O含まないA,B,Cp,q,rとし、含まれない文字(p,q,r)

 です。

各辺長さ2文字大文字で表記します。

 ・A=a²、・B=b²、・C=c²

 ・R=r²、・P=p²、・Q=q²

 ・途中からは長さ2しか使いません

ある1辺は、他の5のうち、

 ・辺の両端2辺ずつ、4辺と接します。

 ・残り1とは接していません

向かい合っている辺3あり、

 apbqcrです。

4頂点座標空間

 O(0,0,0)、A(a,0,0)、B(x₂,y₂,0)、C(x₃,y₃,z)

 と置きます。

◯体積(1/6)×a×y₂×zです。

 

◯前回求めた式は、

 16Ay₂²z²

  =A³-2A²(B+C+Q+R)
   +A{(B-R)²+(C-Q)²+4(B+R)(C+Q)}
   +4{BC(Q+R)+QR(B+C)-BQ(B+Q)-CR(C+R)}
   -A{B+C+Q+R-(A+2P)}²
   -2(B-R)(C-Q)(A+2P)

 です。


-A{B+C+Q+R-(A+2P)}²を展開すると、
 16Ay₂²z²
  =A³-2A²(B+C+Q+R)
   +A{(B-R)²+(C-Q)²+4(B+R)(C+Q)}
   +4{BC(Q+R)+QR(B+C)-BQ(B+Q)-CR(C+R)}
   -A{(B+C+Q+R)²-2(A+2P)(B+C+Q+R)+(A+2P)²}
   -2(B-R)(C-Q)(A+2P)

  =A³-2A²(B+C+Q+R)
   +A{(B-R)²+(C-Q)²+4(B+R)(C+Q)}
   +4{BC(Q+R)+QR(B+C)-BQ(B+Q)-CR(C+R)}
   -A(B+C+Q+R
   +2A(A+2P)(B+C+Q+R)-A(A+2P
   -2(B-R)(C-Q)(A+2P)
Aの項を展開すると、
 16Ay₂²z²
  =A³-2A²(B+C+Q+R)
   +A{(B-R)²+(C-Q)²+4(B+R)(C+Q)}
   +4{BC(Q+R)+QR(B+C)-BQ(B+Q)-CR(C+R)}
   -A{(B+R)²+(C+Q)²+2(B+R)(C+Q)}
   +2A(A+2P)(B+C+Q+R)-A(A+2P
   -2(B-R)(C-Q)(A+2P)
Aの項をまとめると、
 2A(B+R)(C+Q)が相殺され、
 16Ay₂²z²
  =A³-2A²(B+C+Q+R)
   +A{(B-R)²+(C-Q)²-(B+R)²-(C+Q
    +2(B+R)(C+Q)}
   +4{BC(Q+R)+QR(B+C)-BQ(B+Q)-CR(C+R)}
   +2A(A+2P)(B+C+Q+R)-A(A+2P
   -2(B-R)(C-Q)(A+2P)


  =A³-2A²(B+C+Q+R)
   +A{-4(BR+CQ)+2(B+R)(C+Q)}
   +4{BC(Q+R)+QR(B+C)-BQ(B+Q)-CR(C+R)}
   +2A(A+2P)(B+C+Q+R)-A(A+2P
   -2(B-R)(C-Q)(A+2P)

  =A³-2A²(B+C+Q+R)
   -4A(BR+CQ)+2A(B+R)(C+Q)
   +4{BC(Q+R)+QR(B+C)-BQ(B+Q)-CR(C+R)}
   +2A(A+2P)(B+C+Q+R)-A(A+2P
   -2(B-R)(C-Q)(A+2P)

 

次回に続く