基本介紹
- 中文名:四稜柱
- 外文名:quadrangular prism
- 學科:數學
- 特點:兩個互相平行面
- 性質:幾何圖形
- 別稱:四角柱
概念,性質,特殊的四稜柱,體積與表面積,
概念
四稜柱: 底面為四邊形的稜柱是四稜柱。
四稜柱
![四稜柱 四稜柱](/img/1/0d4/cGcq5CNjVTYkhzM3YjMyIWOhFTZxAzNhNzYihzLtVGdp9yYpB3LltWahJ2Lt92YuUHZpFmYuMmczdWbp9yL6MHc0RHa.jpg)
斜四稜柱:側棱不垂直於底面的四稜柱叫做斜四稜柱。
四稜柱有八個頂點、十二條棱、六個面
性質
四稜柱的側面:四稜柱中除兩個底面以外的其餘各個面都叫做四稜柱的側面,四稜柱有4個側面。
四稜柱的側棱:四稜柱中兩個側面的公共邊叫做稜柱側棱,四稜柱有4條側棱。
四稜柱的棱:四稜柱一共有12條棱。側棱有4條。
3)過四稜柱不相鄰的兩條側棱的截面都是平行四邊形。
非正四稜柱
![非正四稜柱 非正四稜柱](/img/7/ccf/cGcq5SNjNTZzY2YwImM2MDOxQ2NyUTZ4YjY4AzLtVGdp9yYpB3LltWahJ2Lt92YuUHZpFmYuMmczdWbp9yL6MHc0RHa.jpg)
4)直四稜柱的側棱長與高相等;直四稜柱的側面及經過不相鄰的兩條側棱的截面都是矩形。
特殊的四稜柱
側棱等於底面邊長(即六個面都是正方形)的正四稜柱是正方體。
正四角柱代表底面為正方形的四角柱,其對偶為正雙四角錐。若側面不是正方形也稱為長方體,因為可以使用其中一個側面當作底面。側面也是正方形的正四角柱是正立方體,其具有正八面體對稱性,對應的考克斯特群是BC3對稱性,由於底面和側面全等,因此每個頂點都是三個正方形(一個底面正方形和兩個側面正方形)的公共頂點,施萊夫利符號{4,3},其頂點圖為正三角形,頂點布局為3(三個正方形,一個底面和兩個側面),在考克斯特-迪肯符號中以表示,由於側面是正方形的正四角柱是正多面體,因此其對偶多面體也會是正多面體,即正八面體,也就是一個所有面都全等的正雙四角錐。
體積與表面積
底面為任意四邊形的四角柱的體積可以利用底面積乘以高來計算,若底面為凸四邊形則可以透過底面的兩個對角線向量與兩個底面對角線交點向量的三階行列式絕對值來計算:
V凸四角柱=![](/img/7/006/QN1ADZlBjM3IjM4kjM1IWOmJ2YhJmNjNGNhBjMhRjZ0IjMkZjNxIDNvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
![](/img/7/006/QN1ADZlBjM3IjM4kjM1IWOmJ2YhJmNjNGNhBjMhRjZ0IjMkZjNxIDNvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
其中ABCD為底面四邊形,AC、BD為凸四角柱底面四邊形的兩條對角線,對角線AC向量為
、對角線BD向量為
,P為下底對角線交點、Q上底對角線交點,PQ為柱高,
表示PQ向量
![](/img/c/7c2/AM1YTNkNjZ5czYiNjZjJ2N1czY2UDNiZTZzY2N3ETOjZDO3EGOjBDZvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
![](/img/1/b93/gNyUGMzMTOkdTYyQDNyQDMiZWYhJ2YhFWO4I2NkNmNlFmZ1MzNwUDZvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
![](/img/9/5c7/QZ1IDZyUDM5cjZ5AzMyQGNjVWN4IWM3MmMyQmN2EzM0ImZyImYmRTNvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
V凸四角柱=![](/img/5/bb6/gY3ImZihTMhFDM3gzYxgjYjlTZyUDMxcDZlFGN0IWYkF2N2MDOxcDOvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
![](/img/5/bb6/gY3ImZihTMhFDM3gzYxgjYjlTZyUDMxcDZlFGN0IWYkF2N2MDOxcDOvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
此種計算方法源自於底面積乘以高,而任意凸四角柱的底面一定是凸四邊形,因此會適用於任意凸四邊形的面積公式,可由對角線長與對角線夾角計算
![](/img/d/e61/gNwADMyAjM4AjZzczMxEGZzADOwkzMiVWN5gzYzMTOkdTYyQDNyUGMvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
而此公式就直接對應到底面對角線向量的外積:
![](/img/5/085/gMjZWMzMWZhZzM3YGMmNzN3AjNhFGZ4UGZlJmZiZmY0YGM0EmZhJWNvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
其中n為單位向量,但由於最後結果取絕對值所以被省略。
因此其表面積也可以利用此法計算,為底面積的兩倍加上周長乘高:
A凸四角柱=![](/img/7/25e/gMzIWN0MTM0YWMkZ2MkNTY2UzMwYjMkdTYmNzM1MTMiV2MjJGOkhTMvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
![](/img/7/25e/gMzIWN0MTM0YWMkZ2MkNTY2UzMwYjMkdTYmNzM1MTMiV2MjJGOkhTMvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)