いつヘロンの式を使って面積を求めますか?

いつヘロンの式を使って面積を求めますか?
Anonim

三角形の3辺すべての長さがわかっていればいつでも使用できます。

これが役に立ったことを願っています。

回答:

ヘロンの式は、ほとんど常に間違った式です。面積を持つ三角形についてアルキメデスの定理を試してください #A# と側面 #a、b、c#:

#16A ^ 2 = 4a ^ 2b ^ 2 - (a ^ 2 + b ^ 2 - c ^ 2)^ 2#

#quad =(a ^ 2 + b ^ 2 + c ^ 2)^ 2 - 2(a ^ 4 + b ^ 4 + c ^ 4)#

#quad =(a + b + c)( - a + b + c)(a-b + c)(a + b-c)#

#quad = 16s(s-a)(s-b)(s-c)# どこで #s = 1/2(a + b + c)#

この最後はヘロンのうすく薄いベールです。

説明:

アレクサンドリアの英雄は西暦1世紀に書いた。近代的に相当するものがはるかに優れているのに、私たちが彼の結果で生徒を拷問し続けているのは、私にはわかりません。

ヘロンの式 #A# 辺を持つ三角形の #a、b、c# です

#A = sqrt {s(s-a)(s-b)(s-c)}# どこで #s = 1/2(a + b + c)# 半周長です。

この式が素晴らしいことは間違いありません。しかし、分数のせいで、座標から始めると4つの平方根のせいで、使うのは面倒です。

数学をやってみましょう。四角にして排除 #s# これは主に隠すのに役立ちます #16# そして重要な因数分解。あなたは最初にそれを自分で試したいと思うかもしれません。

#A ^ 2 = 1/2(a + b + c)(1/2(a + b + c)-a)(1/2(a + b + c)-b)(1/2(a + b + c)-c)#

#A ^ 2 = 1/2(a + b + c)(1/2(-a + b + c))(1/2(a-b + c))(1/2(a + bc)) #

#16A ^ 2 =(a + b + c)( - a + b + c)(a-b + c)(a + b-c)#

それはすでにHeronの形式よりはるかに優れています。端数を最後まで保存して、半径の意味についてこれ以上疑問に思うことはありません。

縮退したケースは言っています。マイナス記号の付いたこれらの要素のうちの1つがゼロであるとき、それは2つの側面がまさに反対側になるときです。それらは3つの共線の点、縮退した三角形の間の距離です、そして、我々はゼロ面積を得ます。理にかなっています。

#a + b + c# 要因は面白いです。それが私たちに言っているのは、この式は、すべて正の値ではなく、変位、符号付き長さを使用しても機能するということです。

式はまだ与えられた座標を使用するのが面倒です。それを増やしましょう。あなたはそれを自分で試したいと思うかもしれません。

#16A ^ 2 =(a + b + c)( - a + b + c)(a-b + c)(a + b-c)#

#=(-a ^ 2-ab-ac + ab + b ^ 2 + bc + ac + bc + c ^ 2)(a ^ 2-ab + ac + ab-b ^ 2 + bc -ac + bc-c ^ 2)#

#=(-a ^ 2 + b ^ 2 + c ^ 2 + 2bc)(a ^ 2 - b ^ 2-c ^ 2 + 2bc)#

#=(-a ^ 2 + b ^ 2 + c ^ 2 + 2bc)(a ^ 2 - b ^ 2-c ^ 2 + 2bc)#

#16A ^ 2 = 2(a ^ 2 b ^ 2 + a ^ 2 c ^ 2 + b ^ 2 c ^ 2) - (a ^ 4 + b ^ 4 + c ^ 4)#

その形は長さの二乗だけに依存します。それは明らかに完全に対称的です。我々は今ヘロンを越えて行くことができ、 二乗長 有理数である、それで正方形の領域もそうです。

でも注意すればもっとうまくやれる

#(a ^ 2 + b ^ 2 + c ^ 2)^ 2 =(a ^ 4 + b ^ 4 + c ^ 4)+ 2(a ^ 2b ^ 2 + a ^ 2c ^ 2 + b ^ 2c ^ 2 )#

引き算、

#16A ^ 2 =(a ^ 2 + b ^ 2 + c ^ 2)^ 2 - 2(a ^ 4 + b ^ 4 + c ^ 4)#

それが一番きれいな形です。

通常最も便利な非対称的な外観のフォームがあります。注意しています

#(a ^ 2 + b ^ 2 - c ^ 2)^ 2 =(a ^ 4 + b ^ 4 + c ^ 4)-2(-a ^ 2b ^ 2 + a ^ 2c ^ 2 + b ^ 2c ^ 2)#

これをに追加

#16A ^ 2 = 2(a ^ 2 b ^ 2 + a ^ 2 c ^ 2 + b ^ 2 c ^ 2) - (a ^ 4 + b ^ 4 + c ^ 4)#

#16A ^ 2 = 4a ^ 2b ^ 2 - (a ^ 2 + b ^ 2 - c ^ 2)^ 2#

それが最も便利な形式です。それを書くための3つの方法があります。

これらはまとめて、NJ WildbergerのRational Trigonometryからアルキメデスの定理と呼ばれます。

2D座標が与えられると、多くの場合Shoelace Formulaがそのエリアへの最短パスですが、他の投稿のためにそれを保存します。