
关于这个问题,四点共面的证明:
1.通过坐标计算:设四点分别为A(x1,y1,z1),B(x2,y2,z2),C(x3,y3,z3),D(x4,y4,z4),则四点共面的条件是它们的行列式为0,即:
| x1 y1 z1 1 |
| x2 y2 z2 1 |
| x3 y3 z3 1 |
| x4 y4 z4 1 | = 0
2.通过向量计算:设向量AB=a,向量AC=b,则向量AD可以表示为:
AD = AB + BD = AB + AC - CD = a + b - CD
如果向量AD与向量AB和向量AC共面,那么它们的叉积必须为0,即:
AB × AC = 0
(a × b) + (a × (-CD)) + ((-CD) × b) = 0
(a × b) - (a × CD) - (CD × b) = 0
(a × b) + (CD × (b - a)) = 0
因为a、b、CD都是向量,所以它们共面的条件是它们的线性组合等于0,即:
λ1a + λ2b + λ3CD = 0
其中λ1、λ2、λ3是常数。如果存在这样的λ1、λ2、λ3,使得它们同时满足上面的两个等式,那么四点A、B、C、D就共面。
3.通过面积计算:如果四点A、B、C、D共面,那么它们确定的三角形ABC和三角形ABD的面积之和等于四边形ABCD的面积,即:
SABC + SABD = SABCD
如果用向量表示三角形的面积,那么可以得到:
SABC = 1/2 | AB × AC |
SABD = 1/2 | AB × AD |
SABCD = 1/2 | AB × AC + AB × AD |
将这三个式子代入上面的等式中,可以得到:
| AB × AC + AB × AD | = | AB × AC | + | AB × AD |
如果这个等式成立,那么四点A、B、C、D就共面。