在探索三角形面积的计算中,我们不能忽视一个极其重要的工具——海伦公式。
传统的三角形面积计算公式为:底×高÷2。这个方法的使用前提是我们必须知道三角形的高,否则无法进行计算。
基本公式:S△ABC=(底×高)/2
利用正弦定理,我们还可以使用以下公式来求解三角形的面积:
a/sinA=b/sinB=c/sinC=2R
其中,R代表三角形△ABC的外接圆半径
假设底边为b,对应的高度为h。
根据正弦定理:sinC=h/a,所以有h=asinC。
那么,三角形的面积S△ABC就可以表示为:bh/2=absinC/2。
同样,我们可以得到:
S△ABC=absinC/2=acsinB/2=bcsinA/2
这个公式可以用于根据角的正弦值来计算三角形的面积,但如果我们不知角的正弦值,则无法应用此公式。
进一步推导,我们知道:c/sinC=2R,因此sinC=c/2R。
从而,S△ABC=absinC/2=abc/4R
如果已知三角形的三边长度,我们是否能够求得其面积呢?
请参见下图:
已知:a、b、c
求解:S△ABC
解:设x=a-y
由此得:h^2=b^2-y^2
和:h^2=c^2-x^2
由x+y=a可得:
h^2=b^2-y^2=c^2-x^2
进而:x^2-y^2=c^2-b^2
由公式:(x+y)(x-y)=a(x-y)=c^2-b^2
得:x+y=a
x-y=(c^2-b^2)/a
计算得到:x=[a+(c^2-b^2)/a]/2
=(a^2+c^2-b^2)/2a
y=[a-(c^2-b^2)/a]/2
=(a^2-c^2+b^2)/2a
因此:
x=(a^2+c^2-b^2)/2a
y=(a^2-c^2+b^2)/2a
计算h^2:
h^2=b^2-y^2
=b^2-[(a^2-c^2+b^2)/2a]^2=
[4a^2b^2-(a^2-c^2+b^2)^2]/4a^2
从而,S△ABC=ah/2
(S△ABC)^2=(ah/2)^2=a^2h^2/4
=[4a^2b^2-(a^2-c^2+b^2)^2]/16
=[(2ab)^2-(a^2-c^2+b^2)^2]/16
=(2ab+a^2-c^2+b^2)(2ab-a^2+c^2-b^2)/16
=[(a+b)^2-c^2][c^2-(a-b)^2]/16=
(a+b+c)(a+b-c)(c+a-b)(c-a+b)/16
(S△ABC)^2=
(a+b+c)(a+b-c)(c+a-b)(c-a+b)/16
设p=(a+b+c)/2,则:
p-a=(a+b+c)/2-a=(b+c-a)/2
p-b=(a+b+c)/2-b=(a+c-b)/2
p-c=(a+b+c)/2-c=(a+b-c)/2
因此:
(S△ABC)^2=
(a+b+c)(a+b-c)(c+a-b)(c-a+b)/16
=[(a+b+c)/2][(b+c-a)/2][(a+c-b)/2][(a+b-c)/2]
=p(p-a)(p-b)(p-c)
最终得到海伦公式:p=(a+b+c)/2
S△ABC=√[p(p-a)(p-b)(p-c)]
作为一个例子:
已知:
△ABC的三边长度分别为4、13、15
求解:S△ABC
解:p=(a+b+c)/2
=(4+13+15)/2=32/2=16
S△ABC
=√[16×(16-4)×(16-13)×(16-15)]
=√(16×12×3×1)=√576=24
S△ABC=24
另一种方法:参见图示的辅助线
通过解方程,我们可以得到高为12
S△ABC=(4×12)/2=48/2=24
由此可以看出,当只知道三边长度时,应用海伦公式可以直接求得三角形的面积,这比起需要辅助线和解方程的传统方法要简便得多。