Privacy Policy Cookie Policy Terms and Conditions 海伦公式 - Wikipedia

海伦公式

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海伦公式,又譯希倫公式海龍公式,傳說是古代的敘拉古國王希耶隆二世發現的公式,利用三角形的三條邊長來求取三角形面積。但根據 Morris Kline 在1908年出版的著作考證,這條公式其實是阿基米德所發現,以托希倫二世的名發表。

假設有一個三角形,邊長分別為a,b,c,三角形的面積S 可由以下公式求得:

S=\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)},这里p=\frac{a+b+c}{2}

中国南宋末年数学家秦九韶发现或知道等价的公式,其著作《数书九章》卷五第二题即三斜求积。“问沙田一段,有三斜,其小斜一十三里,中斜一十四里,大斜一十五里,里法三百步,欲知为田几何?”答曰:“三百十五顷.”其术文是:“以小斜幂并大斜幂,减中斜幂,余,半之。同乘于上,以小斜幂乘大斜幂,减上。余,四约之为实,开平方,得积。”若以大斜记为a,中斜记为b,小斜记为c,秦九韶的方法相当于下面的一般公式:

S=\sqrt{\frac1{4} \left( a^2 c^2 - \left( \frac{a^2+c^2-b^2}{2} \right)^2 \right)}, 这里a \ge b \ge c

像中国古代的数学家一样,他的方法没有证明。根据现代数学家吴文俊的研究,秦九韶公式可由出入相补原理得出。一些中国学者将这个公式称为秦九韶公式

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積的公式。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。

[编辑] 证明

与海伦在他的著作《Metrica》中的原始证明不同,在此我们用三角公式和公式变形来证明。设三角形的三边a,b,c的对角分别为A,B,C,则余弦定理为

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

从而有

\sin(C) = \sqrt{1-\cos^2(C)}
= \sqrt{(1+\cos C)(1-\cos C)}
=\sqrt{\left( 1+\frac{a^2+b^2-c^2}{2ab} \right) \left( 1-\frac{a^2+b^2-c^2}{2ab} \right)}
=\sqrt{\left( \frac{(a+b)^2-c^2}{2ab} \right) \left( \frac{c^2-(a-b)^2}{2ab} \right)}
=\frac{\sqrt{(a+b+c)(a+b-c)(c+a-b)(c-a+b)}}{2ab}
=\frac{\sqrt{(2p)(2p-2c)(2p-2b)(2p-2a)}}{2ab}
=\frac{2}{ab} \sqrt{(p)(p-c)(p-b)(p-a)}

因此三角形的面积S

S  =  \frac{1}{2}ab \sin(C)
=  \frac{ab}{2} \; \frac{2}{ab} \sqrt{(p)(p-a)(p-b)(p-c)}
=  \sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}

[编辑] 參見

[编辑] 外部連結

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