如何找到平行六面体的 4d 模拟的超体积?

How to find the hyper-volume of the 4d analogue of a parallelepiped?

首先,上述类似物是否存在?

其次,如何找到它的 4d-volume/hyper-volume 给定 4 个边向量,最好使用点、叉积等

第三,表面积的三维模拟是什么?例如。 1D-弧长,2D-表面积,3D-体积,4D-?

你所描述的是使用行列式概括的。

nD 对象嵌入 nD space

对于使用所有维度的对象,例如 2D 中的平行四边形或 3D 中的平行六面体,将定义(超)平行六面体边的 n 向量作为矩阵的行并计算行列式:

2D       3D          4D             5D
|x1 y1|  |x1 y1 z1|  |x1 y1 z1 w1|  (Repeat the same pattern)
|x1 y2|  |x2 y2 z2|  |x2 y2 z2 w2|
         |x3 y3 z3|  |x3 y3 z3 w3|
                     |x4 y4 z4 w4|

请注意,根据向量的方向,获得的(超)体积是有符号的。因此有可能出现负交易量。

(n-1)D 对象嵌入 nD space

对于使用比其所在 space 小一维的对象,例如 3D 中的平行四边形 space,您可以使用叉积(从行列式得出)或叉积的推广。例如,由两个 3D 向量 (x1,y1,z1)(x2,y2,z2) 定义的嵌入 3D 的平行四边形的面积是根据包含两个向量作为行的矩阵计算的:

[x1 y1 z1]
[x2 y2 z2]

根据这个矩阵,只需创建 2x2 子矩阵的所有组合,计算每个矩阵的行列式,然后将它们放入一个向量中

[|y1 z1|, |z1 x1|, |x1 y1|] = (y1*z2-z1*y1, z1*x2-x1*z2, x1*y2-y1*x2)
[|y2 z2|  |z2 x2|  |x2 y2|]

你得到一个向量,这个向量的长度就是平行四边形的面积:sqrt((y1*z2-z1*y1)^2 + (z1*x2-x1*z2)^2 + (x1*y2-y1*x2)^2).

(几乎)终极泛化

从最后一个示例,我们可以创建适用于嵌入任何维度的任何对象的通用方法(是的,您可以计算嵌入 17D space 的 3D 平行六面体的体积):

  1. 将描述对象的所有向量作为(可能是非正方形)矩阵的行。
  2. 枚举所有可能的子方阵组合。
  3. 计算所有这些子矩阵的行列式并将它们放在一个列表中(如果你想要的只是体积,顺序并不重要)。
  4. 分别对这些行列式求平方。
  5. 把它们全部加起来。
  6. 对结果取平方根。

请注意,最后一个方法给出了无符号的体积,因为你平方然后取平方根。

最后说明:显然,这个答案更像是一个秘诀,而不是解释 为什么 所有这些计算都有效。有关此主题的更多信息,我建议您查看 Exterior Algebra,这是一种使用 楔积 (叉积的推广)来定义这些的形式主义以非常普遍的方式进行超卷。