海倫公式

2021-02-26 數學探索者

已知三角形三邊長a、b、c,則三角形面積

這就是海倫公式,其中:

非常美的一個公式,a,b,c的輪換,對稱,無疑,體現的數學之美。

這個公式是由古希臘數學家阿基米德得出的(即使它是以海倫的名字命名)

那麼,怎麼證明呢?

我們隨便畫一個三角形ABC,作出它BC邊上的高AD,設CD=x,則BD=BC-x

在Rt三角形ADC中,由勾股定理可得

同理,在Rt三角形ADB中,也有

為了方便書寫,我們讓BC=a,AC=b,AB=c,

這樣,將兩方程聯立,得:

解得:

這樣,我們就可以用三角形的三邊來表示高了,

高為:

這樣,三角形面積為:

三角形的面積到此就能求出來了,但是這太過繁瑣,不美觀,能不能進一步化簡呢?

別著急,我們先說說這個式子。

這是中國宋代的數學家秦九韶在1247年獨立提出了「三斜求積術」,這個式子和海倫公式等價,它填補了中國數學史中的一個空白,從中可以看出中國古代已經具有很高的數學水平。

現在我們的問題是,如何把這個式子變得更美觀,把它化成海倫公式的樣子。

非常簡單,只需要不斷的利用平方差公式,就能得到最終海倫公式,具體如下     

這就是海倫公式的推導,很簡單,當然也有別的方法,有興趣的同學可以去查查,這裡就不說那麼多了。

今天海倫公式(三斜求積術)就說到這裡,這在實際生活中應用廣泛,畢竟生活中有的三角形你不知道它的高,但三邊很容易測出來,套這個公式,面積就能求出來啦。

額。。。還有一個問題,我們如果知道一個四邊形的四條邊的長,能不能用類似的辦法求四邊形的面積呢?顯然,如果這個四邊形沒有限制,只知道邊長是無法求面積的。因為三角形具有穩定性,確定了三邊,有且只有一個三角形(所謂SSS),而四邊形不行。我們可以把一個四邊形隨便的拉扯,邊長不變,面積也會發生變化。

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