今天工作的时候碰到一个数学问题,我把它叫做四面体求角,估计这个问题有现成的解答,但是为了加深理解,我还是自己求解了一遍。话不多说,先放个图:
图中有α、β、θ三个角,α∈(0,π)是斜面角,β∈(0,π)是底面三角形的内角,θ∈(0,2π)是竖直面直角三角形内角。知道其中两个,求另一个,这就是我所说的四面体求角的问题。不妨假设已知α角和β角,求θ角。
假设顶部斜边的长度为l并假设底部斜边的长度与顶部斜边的长度相等,即l2=l,其他的四条边都用l来表示,则有:
- h1=lsinθ
- h2=lcosθ
- h32=h22+l22−2h2l2cosβ⇒h32=(lcosθ)2+l2−2l2cosθcosβ
- l32=h12+h32=(lsinθ)2+(lcosθ)2+l2−2l2cosθcosβ=2l2(1−cosθcosβ)
- l32=l2+l22−2ll2cosα=2l2(1−cosα)
从上面的最后两个表达式可以得到:
2l2(1−cosθcosβ)=2l2(1−cosα)
整理之后可以得到:
cosα=cosθcosβ
至此,四面体求角的问题已经解决,只要把已知的两个角的值代入cosα=cosθcosβ中就可以求解另一个角的值。