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三斜晶胞求积公式

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三斜晶胞求积公式

我国宋代的数学家秦九韶也提出了“三斜求积术”。它与海伦公式基本一样,其实在《九章算术》中,已经有求三角形公式“底乘高的一半”,在实际丈量土地面积时,由于土地的面积并不是的三角形,要找出它来并非易事。所以他们想到了三角形的三条边。如果这样做求三角形的面积也就方便多了。但是怎样根据三边的长度来求三角形的面积直到南宋,我国著名的数学家秦九韶提出了“三斜求积术”。

秦九韶他把三角形的三条边分别称为小斜、中斜和大斜。“术”即方法。三斜求积术就是用小斜平方加上大斜平方,送到中斜平方,取相减后余数的一半,自乘而得一个数,小斜平方乘以大斜平方,送到上面得到的那个。相减后余数被4除,所得的数作为“实”,作1作为“隅”,开平方后即得面积。

所谓“实”、“隅”指的是,在方程px 2=q,p为“隅”,q为“实”。以△、a,b,c表示三角形面积、大斜、中斜、小斜,所以

q=1/4{a^2*c^2-[(a^2+c^2-b^2)/2 ]^2}

当P=1时,△ 2=q

△=√1/4{a^2*c^2-[(a^2+c^2-b^2)/2 ]^2}

因式分解得

△ ^2=1/16[4a^2c^2-(a^2+c^2-b^2)^2]

=1/16[(c+a) ^2-b ^2][b^ 2-(c-a)^ 2]

=1/16(c+a+b)(c+a-b)(b+c-a)(b-c+a)

=1/16(c+a+b)(a+b+c-2b)(b+c+a-2a)(b+a+c-2c)

=1/16 [2p(2p-2a)(2p-2b)(2p-2c)]

=p(p-a)(p-b)(p-c)

由此可得:

S△=√[p(p-a)(p-b)(p-c)]

其中p=1/2(a+b+c)

这与海伦公式完全一致,所以这一公式也被称为“海伦-秦九韶公式”。

S=√1/4{a^2*c^2-[(a^2+c^2-b^2)/2 ]^2} .其中c>b>a.

根据海伦公式,我们可以将其继续推广至四边形的面积运算。如下题:

已知四边形ABCD为圆的内接四边形,且AB=BC=4,CD=2,DA=6,求四边形ABCD的面积

这里用海伦公式的推广

S圆内接四边形= 根号下(p-a)(p-b)(p-c)(p-d) (其中p为周长一半,a,b,c,d,为4边)

代入解得s=8√ 3

证明(3)

在△ABC中∠A、∠B、∠C对应边a、b、c

O为其内切圆圆心,r为其内切圆半径,p为其半周长

有tanA/2tanB/2+tanB/2tanC/2+tanC/2tanA/2=1

r(tanA/2tanB/2+tanB/2tanC/2+tanC/2tanA/2)=r

∵r=(p-a)tanA/2=(p-b)tanB/2=(p-c)tanC/2

∴ r(tanA/2tanB/2+tanB/2tanC/2+tanC/2tanA/2)

=[(p-a)+(p-b)+(p-c)]tanA/2tanB/2tanC/2

=ptanA/2tanB/2tanC/2

=r

∴p^2r^2tanA/2tanB/2tanC/2=pr^3

∴S^2=p^2r^2=(pr^3)/(tanA/2tanB/2tanC/2)

=p(p-a)(p-b)(p-c)

∴S=√p(p-a)(p-b)(p-c)

海伦公式又译希伦公式,传说是古代的叙拉古国王希伦二世发现的公式,利用三角形的三条边长来求取三角形面积。

假设有一个三角形,边长分别为a、b、c,三角形的面积S可由以下公式求得:

S=sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)}

而公式里的s:

s=frac{a+b+c}{2}

由于任何n边的多边形都可以分割成n-2个三角形,所以海伦公式可以用作求多边形面积的公式。比如说测量土地的面积的时候,不用测三角形的高,只需测两点间的距离,就可以方便地导出答案。

证明

设三角形的三边a、b、c的对角分别为A、B、C,则馀弦定理为

cos(C) = frac{a^2+b^2-c^2}{2ab}

从而有

sin(C) = sqrt{1-cos^2(C)} = frac{ sqrt{-a^4 -b^4 -c^4 +2a^2b^2 +2b^2c^2 +2c^2a^2} }{2ab}

因此三角形的面积S为

S = frac{1}{2}ab sin(C)

= frac{1}{4}sqrt{-a^4 -b^4 -c^4 +2a^2b^2 +2b^2c^2 +2c^2a^2}

= sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)}

最后的等号部分可用因式分解予以导出。

已知三角形的三条边长分别是a、b、c,则三角形的面积:

△=根号下s(s-a)(s-b)(s-c) 其中s=1/2(a+b+c)

这个公式叫海伦公式〔Heron's Formula〕。

我国大数学家秦九韶〔1022-1261〕在他写的《数书九章》〔成书于1247〕的第五卷《田域类》第二题「三斜求积」中所用的公式本质上与海伦公式是相同的,其意义就是:设三角形的三边分别为a,b,c,面积为Δ,则

Δ=根号下1/4{a2b2-{(a2+b2-c2)/2]2}

这个公式与海伦公式是等价的。

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