• 《聪明人用公式计算三棱锥体积吗?》 回复


    《聪明人用公式计算三棱锥体积吗?》      https://tieba.baidu.com/p/8056552446      。

    23 楼

    计算  三棱锥 体积 涉及  已知 三角形 三个顶点 求 三角形 面积,     这 又 涉及 到  四次方程 或 高次方程,    难怪 是  @多项式之父 的 领域,  类似 的 问题 还有,  已知 三角形 的 三条边边长  求 三角形 面积   。

    这些 问题 我 以前 遇到过,   比如   @bnllm    《有没有这样一道题任意n多边形中一点n分该多边形面积?》      https://tieba.baidu.com/p/7447888526  ,    我 在  9 楼 10 楼 回复了  。

    其实 我也 可以 自己 推导一遍  三棱锥 体积 公式,   不过 算了,    明年 吧  。

    如果 世界上 的 三棱锥 都是 直角三棱锥,      不就 简单 了  ?

    K歌之王  :     其实 这里 又 延伸 出来 一个 问题,     以 一个 任意形状 的 三角形 为 三棱锥 的 底面,    三棱锥 的 三条棱 要 怎么生长,   长出来 的 三棱锥 的 每个 横截面 都是 相似三角形    ?        这里 的 横截面 是 和 底面 平行 的 横截面  。      进一步,     这个 问题 是否 有解   ?         嘿嘿   。

    K歌之王  :     若  允许 三条棱 最终 不相交于 一点,    即 不构成 三棱锥,    那么,   在 一定 的 高度 内,     这个 问题 是否 有解   ?

    30 楼

    回复  24 楼      @太虚之父     @多项式之父      

    四维空间 里  五面体 是 封闭 的 吗   ?

    另外,   楼上 有一些 楼 说到了 数值计算 和  3D 打印,    数值计算 三棱锥体积 有一定 的 技术含量,    但 3D 打印 不是 那么 简单的,  我 不是说 3D 打印 简单不简单,   而是说    3D  打印  出 三棱锥 后,   要 怎么 测量 体积  ?    还是 要 装水(灌水)  的,     可能 还要 倒模 以后 再 装水,    或者 直接  3D 打印 一个 模子 出来,   用 模子 装水   。   如果  说  3D 打印 可以 告诉 你 体积 的 话,    那 还是 用了 数值计算  。 

    K歌之王: @黎合胜 @星野梦美a  (宇心)   @ylyyjjlh @思维机器 @披萨反过来是你     

    Excalibur!: 回复 K歌之王 :不是说没有公式吗?软件又是用什么计算的呢?

    K歌之王: 回复 Excalibur! :用 数值计算 啊 ,晚上详解 。 话说,谁说没有公式的 ?(疑问句)

    Excalibur!: 回复 K歌之王 :@多项式之父 谁说没有公式的?

    多项式之父: 回复 Excalibur! :验证看看

    Excalibur!: 回复 多项式之父 :@K歌之王 让你验证看看

    K歌之王: 回复 Excalibur! :有歧义, 是 让 @多项式之父 验证看看, 还是 让 @K歌之王 验证看看 ?

    回复  30 楼,     数值计算  三棱锥 体积 比如 有 两种方法,  第一种 方法 是 单纯 的 模拟,    就是 把 三棱锥 看作是 许多 很薄 的 三角形块  叠成,   把  这些 三角形块 的 体积 加起来 就是 近似  的   三棱锥 体积   。     三角形块 的 体积 = 三角形面积 * 高  。   三角形面积 也是 用 模拟 的 方法 计算,   把  三角形 看作 许多  很窄 的  小长方形 组成,   把 这些 长方形 的 面积 加起来  就是 近似 的 三角形 面积  。     这种方法 (第一种方法)  的 时间复杂度 是 m * n,   m 就是 三角形块 的 个数,   n 是  长方形 的 个数  。   一般 用 n 个 很窄 的 小长方形 模拟 函数曲线  和  x 轴 围成 的 曲边形面积 来 计算  数值积分 会 把  n 取得 比较大,    n 很大 精度 才高  。     以前 (2020 年 ?)  我 帮  左老师   @渝中寿人   做过一次 这种 模拟 的 数值积分,   印象中,   n 取  100 万 时,   积分结果 和   @国手张伯   用 数学软件  计算 的 结果 比较 相似,   但 还是 相差 比较大,     n 取  1000 万 时,  和 数学软件 的 结果 就 比较 接近,  但 还是 有 一定差距,   我估计 数学软件 的 n 取到  1 亿 以上  。 

    但 注意,   这里 计算  三棱锥 体积 是  m * n  ,   如果  m 和 n 都取  1000 万 或 1 亿,    那   1000 万 * 1000 万  或   1 亿 * 1 亿   这个 时间复杂度  就 太大 了  。

    第一种 方法 中 可以说 全部 是 线性计算,    因为 根据 高度(位置) 计算 三角形块 的 三角形 的 三个顶点 坐标,    根据 三个 顶点 求 每一个 小长方形 的 顶点坐标 进而 求 长方形面积,  这些 全部 是 直线投影 和 直线相交 问题,    都是 线性方程(组) 。

    第二种 方法 也是 把 三棱锥 看作是 许多 很薄 的 三角形块  叠成,     但  三角形 的 面积 用 数值方法 求解,   这里 的 数值方法 不是 用 许多 小长方形 模拟, (我认为 模拟 也是 数值方法  的 一种,  所以 这样说明),   而是 用 一些 算法  。    23 楼  已经说了  “已知 三角形 三个顶点 求 三角形 面积,     这 又 涉及 到  四次方程 或 高次方程”,    实际上  这个 代数方程 就是 要求 三角形 的 高,    也就是 这个 代数方程 的 一个 根 是 三角形 的 高  。 

    数值方法 求解  高次方程 (n 次方程),     首先 要 分析 方程 有 几个 根,    这里只 讨论 实根  。   把  n 次方程 看作  n 次函数,   有 几个 实根 就是 函数曲线 和 x 轴 有 几个 交点  。  可以 对  n 次函数 求导数,   一阶导数, 二阶导数, 三阶导数  ……   一直 求到 二次函数,   根据 这个 导数关系 可以知道   n 次函数 最多 有   n 个 实根,   但 这 也只是 一个 范围  “最多”,   并不能 知道 一个  n 次方程  确切 的 有 几个 实根  。

    在  “已知 三角形 三个顶点 求 三角形 面积”  问题 中,   要求 的 是 高,  从 几何 上 应该可以 知道,   方程 的 正根 只有一个,   就是 高  。   而且 可以知道  0 <= 高  <=  底边以外的两条边中较小的一条边 ,    知道了 高 的 取值范围,    用 跨越步进法 很容易 从 方程 中 求得 高  。

    要 知道   n 次函数 和 x 轴 有 几个交点,   还可以 取 一些 样本点,  逐点绘制 出 函数曲线(当然 是 近似的),   来 看 函数曲线 的 大致趋势  。    这 算是  “数学规划”   吧   ?      这 也是   数值方法 (数值算法)  的 一种  。

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