【數理之路】三角形面積公式以及三角函數正弦和角公式

2021-03-01 河清水長東

     三角形的面積是相鄰兩邊以及它們夾角正弦值三者乘積的一半。如下圖,這是三角形面積的另外一個計算公式。下圖最後一個結論,在直角三角形中,直角是∠C。

     全等三角形的判定有一個判定簡稱為SAS,也就說一個三角形只要兩邊以及它們的夾角是一定的,這個三角形形狀就不會改變,否則無法判定全等;既然這個前提下三角形形狀不變,則其面積不變,並且與這三個量有關。

    下面我們先來證明這個公式。證明之前聲明一點,三角形兩邊的夾角可以是銳角、直角或者鈍角,高中階段學習了任意角的三角函數後,就會了解到不是銳角的角也有三角函數,到時可以同樣證明;本文為了在初中範圍內證明這個結論,只證明夾角是銳角的情形,如下:

同理,我們容易得到下面類似的結論:

    平行四邊形的面積等於相鄰兩邊與夾角正弦值三者的乘積。

     平行四邊形這個面積公式的推導,可以同上面三角形面積的推導一樣,通過平行四邊形一邊上的高與另一邊以及夾角的關係;也可以作平行四邊形的一條對角線,將平行四邊形割成兩個全等的三角形,然後利用上面三角形面積公式,容易得到結論。同學們不妨一試。

     在【數理之路】初中範圍推導三角函數倍角正弦公式中,我們通過構造圖形,推導出三角函數的相關公式,下面我們將用同樣的方法,構造圖形推導三角函數另外的一個公式,雖然公式適用於任意角,但同樣只在初中範圍內推導。我們要推導的公式是



     結合銳角三角函數的定義,當直角三角形的斜邊為1時,兩條直角邊可以用直角三角形某個銳角的正弦和餘弦表示。為此我們特意構造兩個斜邊均為1的直角三角形,兩條直角邊所在的直線是同一條,並且一個頂點重合,如圖:

不妨設 AC<AE,(AC>AE 同理可證;AC=AE 時,∆ABD為等腰三角形,情況顯然,我們在文末再加以說明。)

AB=AD=1,∠ACB=∠AED=90°,

∠CAB=α,∠EAD=β,

則 AC=cosα,BC=sinα,

AE=cosβ,DE=sinβ,

由該圖聯想到 sin(α+β)、sinαcosβ、cosαsinβ 的面積意義,可連接BD、CD、BE,其中BD與AE交點為F,α+β 為銳角;

由上面推導的三角形面積公式,容易得到:

另一方面:

因此只要能夠證明 S∆ABD=S∆AEB+S∆ACD ①,

即可證明 sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ 。

①式成立,只需S∆BEF=S∆CDF 即可。

由 ∠ACB=∠AED=90°,

可得 CB∥ED

S∆BCE=S∆BCD

從而 S∆BEF=S∆CDF

因此  sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ 證畢。

最後,我們證明 AC=AE 時,∆ABD為等腰三角形 的情形,也算是對【數理之路】初中範圍推導三角函數倍角正弦公式中構造等腰三角形的一種補充證明。

當 AC=AE 時,α=β,

 sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ

即 sin2α=2sinαcosα,

此時 ∠BAD=α+β=2α,

又 S∆ABD=2S∆ABC

故  sin2α=2sinαcosα 證畢。

期待您的掃碼關注:

      如果覺得這篇文字有點道理,麻煩您點「在看」並轉發給更多的朋友。

相關焦點

  • 三角形面積公式
    已知底邊和高(最基本的公式)設底邊長為a,高為h,把三角形翻轉、平移相接後得到一個平行四邊形,作垂線,把小的直角三角形平移後可得到一個矩形。矩形的面積是 ah,那麼三角形的面積就是矩形面積的一半。這就是最基本的三角形面積公式,以下的所有求三角形面積公式都是由它引申出來的。 2.   已知兩邊和它們的夾角(結合三角函數)
  • 三角函數的任督二脈:和角公式的多種證明方法
    在上一篇文章中,我曾提到:「整個三角學是由一個勾股定理(畢達哥拉斯定理)、六個定義(sin、cos等)、一個定律(餘弦定律)以及一個公式(和角公式)所推演出來的數學體系,餘弦定律尤其重要。」很多人會疑問:三角函數有那麼多公式,為何只提到一個「和角公式」呢?答案是:在所有的三角函數公式中,「和角公式」是基石。
  • 【數學考點】特殊角三角函數及萬能公式
    三角函數(也叫做圓函數)是角的函數;它們在研究三角形和建模周期現象和許多其他應用中是很重要的。
  • 三角函數公式
    通常的三角函數是在平面直角坐標系中定義的。其定義域為整個實數域。另一種定義是在直角三角形中,但並不完全。現代數學把它們描述成無窮數列的極限和微分方程的解,將其定義擴展到複數系。三角函數公式看似很多、很複雜,但只要掌握了三角函數的本質及內部規律,就會發現三角函數各個公式之間有強大的聯繫。而掌握三角函數的內部規律及本質也是學好三角函數的關鍵所在。
  • 初中數學公式:三角函數的正弦定理
    中考網整理了關於初中數學公式:三角函數的正弦定理,希望對同學們有所幫助,僅供參考。   正弦定理   對於邊長為 a, b和 c而相應角為 A, B和 C的三角形,有:   sinA / a = sinB / b = sinC/c   也可表示為:   a/sinA=b/sinB=c/sinC=2R   變形:a=2RsinA,b=2RsinB,c=2RsinC
  • 三角函數公式大全 高中三角函數所有公式
    :網絡資源 文章作者:高考網整理 2019-04-19 21:31:15 三角函數公式大全
  • 三角形面積公式大全
    今天聊一個有趣的話題,三角形的面積公式到底有多少種?三角形的面積用最簡單的求法就是在小學學習的底×高÷2,而這個公式人類還是經歷了比較長的過程才推導出來的。一開始是求得矩形的面積,後來用割補法求得銳角三角形的面積,至於鈍角三角形的面積,還是費了一番周折的。現在我們來看看三角形面積公式有多少種?
  • 【數學大師高中】正弦定理和面積公式——逆風航行
    海盜和政府們駕駛的戰船,之所以能夠在海面上來去自如,是因為造船技術的進步。垂死海鷗號等船隻往往由帆篷、後縱帆、上桅帆、以及前支索上的三角帆推動。天文觀測、航海和地理測量是人類認識自然的重要方面,解三角形理論在其中發揮了重要作用。根據三角函數的定義,可以得到:
  • 很全面的三角函數公式及推導過程(名家收藏)
    (口訣:函數名改變,符號看象限)(三)、和角公式和差角公式口訣:正餘同餘正,餘餘反正正和差角公式其中當A+B+C=π時,有:(1) 兩角差的餘弦由余弦公式可得:(2) 兩角和的餘弦(3) 兩角和的正弦
  • 高中數學三角函數公式快速記:倍角公式和半角公式輕鬆掌握有方法
    在掌握了三角函數兩角和差公式之後,我們可以根據兩角和差公式,輕易地掌握三角函數倍角公式和半角公式。如果還沒有掌握兩角和差公式,可以先參看相關的內容,待掌握後再進行下面的環節,否則效果不佳。上面是介紹的正弦和餘弦的兩角和差公式如何熟記,主要是應用口訣「正異同,餘同異」快速掌握。
  • 2021初中八年級數學公式:三角函數的正弦定理
    中考網整理了關於2021初中七年級數學公式:三角函數的正弦定理,希望對同學們有所幫助,僅供參考。   正弦定理   對於邊長為 a, b和 c而相應角為 A, B和 C的三角形,有:   sinA / a = sinB / b = sinC/c   也可表示為:   a/sinA=b/sinB=c/sinC=2R   變形:a=2RsinA,b=2RsinB,c=2RsinC
  • 掌握變換公式,解決三角函數類題,巧妙運算
    當遇到三角函數類型的題目時,我們就要從基本點抓起,比如在一個三角形中,要明確題目所給的角是哪個角,可以在草稿紙上畫一個三角形來示意,這樣就可以方便我們找到題目所給條件中的那個角,而很多同學都認為畫圖會耽誤時間,其實通過畫圖可以很直接的呈現給我們突破口。在我們搞清楚角後,可以在題目所給的條件上和我們所畫的圖形上進一步理解題意。
  • 初中數學三角函數公式匯總
    04 基本公式 【和差角公式】 二角和差公式 三角和公式 【和差化積公式】
  • 三角函數二倍角公式
    倍角公式,是三角函數中非常實用的一類公式。就是把二倍角的三角函數用本角的三角函數表示出來。
  • 三角函數中的誘導公式,和,差,倍角公式的應用精髓
    一入侯門深似海,從此親人變路人;這是以前對於宮廷的描述;不過今天我們要說的不是古代的事情,今天我們要說的是高中數學中必修四的三角函數章節,說三角函數章節的公式是整個高中階段最多應該不為過,同角三角函數之間的關係,輔助角公式,誘導公式,和角公式,差角公式,倍角公式;而且每個公式都會牽扯到正弦
  • 數學三角函數公式匯總
    【倍角公式】◆  二倍角公式◆  三角函數公式算面積定理:在△ABC中,其面積就應該是底邊對應的高的1/2,不妨設BC邊對應的高是AD,那麼△ABC的面積就是AD*BC*1/2。,由此可以得出,AD=ACsinC,將這個式子帶回三角形的計算公式中就可以得到:
  • 高中數學三角函數公式大全(重要知識點梳理)
    高中數學三角函數公式大全(重要知識點梳理)教學目標1、了解任意角三角函數的概念,弧度制與角度制互化。2、能推導三角函數誘導公式、 能畫出三角函數圖像、理解其性質,並進行平移變換。3、掌握兩角和的正弦、餘弦、公式,及其二倍角、半角公式,掌握並運用正弦定理、餘弦定理解決問題。
  • 和差化積公式在解三角形中的應用,很少有人會這麼用
    一般地,把三角形的三個角A,B,C和它們的對邊a,b,c叫做三角形的元素,已知三角形的幾個元素求其他元素的過程叫做解三角形。解三角形,常用到正弦定理和餘弦定理和面積公式等,三角函數與解三角形在大題中常常綜合考查,對小同學你的知識綜合運用及計算能力考查較強。
  • 高中數學三角函數公式輕鬆記:三角函數和差化積公式的快速記憶法
    三角函數和差化積公式輕鬆記憶三角函數的和差化積公式也是眾多高中生學習三角函數公式感到有些困難的內容,一則是公式記憶不容易,二是如何運用公式解決具體問題也是一大困難。三角函數和差化積公式如上圖,是否一看眾多公式就感到頭疼呢?圖中還有兩個是同角的和差化積公式,這個內容也是必須要掌握的。當然以上眾多公式中,最關鍵的是正弦和餘弦的和差化積公式。
  • 2021初中數學三角函數公式:三角函數公式關係
    中考網整理了關於2021初中數學三角函數公式:三角函數公式關係,希望對同學們有所幫助,僅供參考。  商的關係   sinα/cosα=tanα=secα/cscα   cosα/sinα=cotα=cscα/secα   平方關係   sin^2(α)+cos^2(α)=1   1+tan^2(α)=sec^2(α)   1+cot^2(α)=csc^2(α)   同角三角函數關係六角形記憶法