Hopp til hovedinnholdet
www.matematikk.org

Kryssprodukt - areal og volum

Areal

Arealet av et parallellogramm er bestemt av vektorene a⃗ og b⃗ er gitt ved |a⃗×b⃗|. Arealet av en trekant utspent av to vektorer, er halvparten av arealet til parallellogramet.

Da får vi at arealet til trekanten er 12|a⃗×b⃗|.

Eksempel 1

Vi er gitt punktene A=(1,1,0), B=(3,4,0) og C=(4,2,0). Som tidligere tenker vi at punktene ligger i xy-planet i tredimensjonalt rom. Vi ønsker å finne arealet av trekanten ΔABC. Vi finner vektorene AB⃗=[2,3,0] og AC⃗=[3,1,0]. Vi regner ut kryssproduktet:

AB→×AC→=i→j→k→230310   = k→2331=[0,0,−7].

Lengden til denne vektoren er 7. Dermed er arealet til trekanten 72.

 

Volum

Gitt tre vektorer a⃗,b⃗ og c⃗ i planet kommer disse til å spenne et parallellepiped, en figur med seks parallellogrammer som sideflater.

Volumet er gitt som produktet av arealet av grunnflaten og høyden. Arealet av grunnflaten G er G=|a⃗×b⃗|. Siden vektoren a⃗×b⃗ står normalt på grunnflaten, er høyden gitt ved |c⃗|⋅cosθ hvor θ er vinkelen mellom c⃗ og a⃗×b⃗. Vi konkluderer med at volumet V er gitt ved V=|a⃗×b⃗|⋅|c⃗|⋅cosθ. Vi kjenner igjen denne formelen fra vinkelen mellom to vektorer, dette er simpelthen V=(a⃗×b⃗)⋅c⃗. Her har vi ikke tatt hensyn til fortegn slik at vi bruker absoluttverdien av tallet dersom negativt.

Eksempel 2

Vi regner ut volumet av parallellepidedet som spennes ut av a⃗=[4,1,1],b⃗=[1,4,2] og c⃗=[2,2,4]. Vi må først regne ut a⃗×b⃗: a⃗×b⃗=∣i⃗j⃗k⃗411142∣=−2i⃗−7j⃗+15k⃗=[−2,−7,15]. Nå kan vi regne ut volumet: (a⃗×b⃗)⋅c⃗=[−2,−7,15]⋅[2,2,4]=−4−14+60=42.

Om vi vil regne ut volumet av en pyramide hvor grunnflaten er et parallellogram kan vi også gjøre dette som vanlig.

Vi vet at volumet av pyramiden er 13Gh hvor G er arealet av grunnflaten og h er høyden. Men vi har nettopp regnet ut at Gh=(a⃗×b⃗)⋅c⃗. Dermed er volumet av pyramiden V=13(a⃗×b⃗)⋅c⃗.

Eksempel 3

En pyramide er spent ut av vektorene a⃗=[4,1,−1], b⃗=[3,2,1] og c⃗=[1,3,0]. Vi regner først ut a⃗×b⃗: a⃗×b⃗=∣i⃗j⃗k⃗41−1321∣=3i⃗−7j⃗+5k⃗=[3,−7,5]. Vi regner ut volumet:

V=13(a⃗×b⃗)⋅c⃗=13([3,−7,5]⋅[1,3,0])=13(3−21+0) 

V=13⋅(−18)=−6.

Siden tallet er negativt må vi ta absoluttverdi. Dermed er volumet 6.

Som et siste eksempel kan vi bruke de samme teknikkene til å finne volumet av et tetraeder, hvor grunnflaten er en trekant.

I dette tilfellet vet vi at arealet av grunnflaten er 12|a⃗×b⃗|. Dermed er volumet likt

V=1312a→×b→⋅c→=16a→×b→⋅c→.

Eksempel 4

Vi finner volumet av tetraederet utspent av a⃗=[2,1,1],b⃗=[4,2,0] og c⃗=[0,2,6]. Som vanlig regner vi først ut a⃗×b⃗: a⃗×b⃗=∣i⃗j⃗k⃗211420∣=−2i⃗+4j⃗+0k⃗=[−2,4,0]. Vi finner volumet: 16((a⃗×b⃗)⋅c⃗)=16([−2,4,0]⋅[0,2,6])=160+8+0=86. Dermed er volumet 86.

 
 

 

Del på Facebook

Del på Facebook

Hopp over bunnteksten