必答已知A(1,2,0),B(0,1,4),C(1,0,-2),D(0,0,0),则四面体ABCD的体积为A. 6B. 3C. 2D. 1
A. 6
B. 3
C. 2
D. 1
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查四面体体积的计算方法,涉及向量的混合积(标量三重积)的应用。
解题核心思路:
四面体的体积可以通过三个向量的混合积计算。关键步骤是:
- 选取公共顶点(本题中选择原点$D$),构造三个从该顶点出发的向量$\overrightarrow{DA}$、$\overrightarrow{DB}$、$\overrightarrow{DC}$;
- 计算这三个向量的混合积$\overrightarrow{DA} \cdot (\overrightarrow{DB} \times \overrightarrow{DC})$;
- 体积公式为$V = \frac{1}{6} \left| \text{混合积} \right|$。
破题关键点:
- 正确选择向量:必须从同一顶点出发的三个边向量;
- 准确计算叉乘与点乘:注意行列式展开的符号和运算顺序。
步骤1:确定向量
以点$D(0,0,0)$为公共顶点,构造向量:
$\overrightarrow{DA} = (1,2,0), \quad \overrightarrow{DB} = (0,1,4), \quad \overrightarrow{DC} = (1,0,-2)$
步骤2:计算向量$\overrightarrow{DB} \times \overrightarrow{DC}$
叉乘结果为:
$\begin{vmatrix}\mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\0 & 1 & 4 \\1 & 0 & -2\end{vmatrix} = \mathbf{i}(1 \cdot (-2) - 4 \cdot 0) - \mathbf{j}(0 \cdot (-2) - 4 \cdot 1) + \mathbf{k}(0 \cdot 0 - 1 \cdot 1) = (-2, 4, -1)$
步骤3:计算混合积$\overrightarrow{DA} \cdot (\overrightarrow{DB} \times \overrightarrow{DC})$
点乘结果为:
$(1,2,0) \cdot (-2,4,-1) = 1 \cdot (-2) + 2 \cdot 4 + 0 \cdot (-1) = -2 + 8 + 0 = 6$
步骤4:计算体积
$V = \frac{1}{6} \left| 6 \right| = 1$