085_02M_q19
85 學測數學 第 19 題
📅 85 年 📝 學測數學 第 19 題 題型:選填 課綱:99課綱
空間中三向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{u} = (u_1, u_2, u_3)$,$\overset{\large\rightharpoonup}{v} = (v_1, v_2, v_3)$,$\overset{\large\rightharpoonup}{w} = (w_1, w_2, w_3)$,所張平行六面體的體積為 $$\begin{vmatrix} u_1 & u_2 & u_3 \\ v_1 & v_2 & v_3 \\ w_1 & w_2 & w_3 \end{vmatrix}$$ 的絕對值。今已知 $\overset{\large\rightharpoonup}{a}$,$\overset{\large\rightharpoonup}{b}$,$\overset{\large\rightharpoonup}{c}$ 三向量所張平行六面體的體積為 $5$,則 $2 \overset{\large\rightharpoonup}{a}+3 \overset{\large\rightharpoonup}{b}$,$\overset{\large\rightharpoonup}{b}$,$\overset{\large\rightharpoonup}{c}$ 三向量所張平行六面體的體積為 $\text{______}$。
三階行列式與平行六面體體積,空間向量的外積與行列式空間向量與空間中的直線與平面行列式、矩陣與應用
答案

$10$

選填題

詳解
設 $\overset{\large\rightharpoonup}{a}, \overset{\large\rightharpoonup}{b}, \overset{\large\rightharpoonup}{c}$ 三向量排成的矩陣行列式絕對值為 $5$: $$\left| \det \begin{bmatrix} \overset{\large\rightharpoonup}{a} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{b} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{c} \end{bmatrix} \right| = 5$$ 我們需要求 $\overset{\large\rightharpoonup}{x} = 2\overset{\large\rightharpoonup}{a}+3\overset{\large\rightharpoonup}{b}$,$\overset{\large\rightharpoonup}{y} = \overset{\large\rightharpoonup}{b}$,$\overset{\large\rightharpoonup}{z} = \overset{\large\rightharpoonup}{c}$ 這三向量所張平行六面體的體積,即求下列行列式的絕對值: $$\det \begin{bmatrix} 2\overset{\large\rightharpoonup}{a}+3\overset{\large\rightharpoonup}{b} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{b} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{c} \end{bmatrix}$$ 根據行列式的線性與列運算基本性質,將第一列減去第二列的 $3$ 倍(此運算不改變行列式的值): $$\det \begin{bmatrix} 2\overset{\large\rightharpoonup}{a}+3\overset{\large\rightharpoonup}{b} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{b} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{c} \end{bmatrix} = \det \begin{bmatrix} 2\overset{\large\rightharpoonup}{a} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{b} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{c} \end{bmatrix}$$ 再將第一列常數倍數 $2$ 提出: $$\det \begin{bmatrix} 2\overset{\large\rightharpoonup}{a} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{b} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{c} \end{bmatrix} = 2 \det \begin{bmatrix} \overset{\large\rightharpoonup}{a} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{b} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{c} \end{bmatrix}$$ 取絕對值後,可得其體積為: $$\text{體積} = 2 \times \left| \det \begin{bmatrix} \overset{\large\rightharpoonup}{a} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{b} \\ \overset{\large\rightharpoonup}{c} \end{bmatrix} \right| = 2 \times 5 = 10$$ 因此答案為 $10$。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

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