どのようにして頂点を持つ平行四辺形の領域を見つけますか?

どのようにして頂点を持つ平行四辺形の領域を見つけますか?
Anonim

回答:

パラレログラム用 #あいうえお# 面積は

#S = |(x_B-x_A)*(y_D-y_A) - (y_B-y_A)*(x_D-x_A)|#

説明:

我々の平行四辺形を仮定しましょう。 #あいうえお# その4つの頂点の座標によって定義されます - #x_A、y_A#, #x_B、y_B#, #x_C、y_C#, #x_D、y_D#.

平行四辺形の面積を決めるには、その底辺の長さが必要です。 #| AB |# そして高度 #| DH |# 頂点から #D# ポイントへ #H##AB# (あれは、 #DH_ | _AB#).

まず最初に、タスクを単純化するために、その頂点の位置に移動しましょう。 #A# 座標の原点と一致します。面積は同じになりますが、計算は簡単になります。

そこで、以下の座標変換を行います。

#U = x-x_A#

#V = y-y_A#

そうして (#U、V#すべての頂点の座標は次のようになります。

#A U_A = 0、V_B = 0#

#B U_B = x_B-x_A、V_B = y_B-y_A#

#C U_C = x_C-x_A、V_C = y_C-y_A#

#D U_D = x_D-x_A、V_D = y_D-y_A#

平行四辺形は2つのベクトルで定義されます。

#p =(U_B、V_B)# そして #q =(U_D、V_D)#

底辺の長さを決める #AB# ベクトルの長さとして #p#:

#| AB | = sqrt(U_B ^ 2 + V_B ^ 2)#

高度の長さ #| DH |# として表現することができます #| AD | * sin(/ _ BAD)#.

長さ #広告# ベクトルの長さ #q#:

#| AD | = sqrt(U_D ^ 2 + V_D ^ 2)#

角度 #/_悪い# ベクトルのスカラー(ドット)積に2つの式を使用して決定できます。 #p# そして #q#:

#(p * q)= U_B * U_D + V_B * V_D = | p | * | q | * cos(/ _ BAD)#

そこから

#cos ^ 2(/ _ BAD)=(U_B * U_D + V_B * V_D)^ 2 / (U_B ^ 2 + V_B ^ 2)*(U_D ^ 2 + V_D ^ 2)#

#sin ^ 2(/ _ BAD)= 1-cos ^ 2(/ _ BAD)=#

#= 1-(U_B * U_D + V_B * V_D)^ 2 / (U_B ^ 2 + V_B ^ 2)*(U_D ^ 2 + V_D ^ 2) =#

#=(U_B * V_D-V_B * U_D)^ 2 / (U_B ^ 2 + V_B ^ 2)*(U_D ^ 2 + V_D ^ 2)#

これで、面積を計算するためのすべての要素がわかりました。

ベース #| AB | = sqrt(U_B ^ 2 + V_B ^ 2)#:

高度 #| DH | = sqrt(U_D ^ 2 + V_D ^ 2)* | U_A * V_D-V_A * U_D | / sqrt (U_B ^ 2 + V_B ^ 2)*(U_D ^ 2 + V_D ^ 2)#

面積は彼らの製品です:

#S = | AB | * | DH | = | U_B * V_D-V_B * U_D |#

元の座標では、次のようになります。

#S = |(x_B-x_A)*(y_D-y_A) - (y_B-y_A)*(x_D-x_A)|#

回答:

別の議論

説明:

幾何学的プルーフ

図を考える

3つの頂点(A、B、Dなど)がわかっていれば、平行四辺形ABCDの面積の計算式を簡単に確立できます。

対角BDは平行四辺形を2つの合同な三角形に二分するからです。

平行四辺形ABCDの面積

= 2辺の三角形ABD

= 2 台形BAPQの面積+トラップの面積BQRD - トラップの面積DAPR

=2#1/2(AP + BQ)PQ + 1/2(BQ + DR)QR-1/2(AP + DR)PR#

= #(Y_A + Y_B)(X_B-X_A)+(Y_B + Y_D)(X_D-X_B) - (Y_A + Y_D)(X_D-X_A)#

=#Y_AX_B +キャンセル(Y_BX_B) - キャンセル(Y_AX_A)-Y_BX_A + Y_BX_D +キャンセル(Y_DX_D) - キャンセル(Y_BX_B)-Y_AX_D-キャンセル(Y_DX_D)+キャンセル(Y_AX_A)+ Y_DX_A#

=#Y_A(X_B_X_D)+ Y_B(X_D-XA)+ Y_D(X_A-X_B)#

この公式は平行四辺形の面積を与えます。

ベクトルを考慮した証明

それを考慮して確立することもできます #vec(AB)# そして#vec(AD)#

点Aの位置ベクトルw、r、t原点O、 #vec(OA)= X_Ahati + Y_Ahatj#

点Bの位置ベクトルw、r、t原点O、 #vec(OB)= X_Bhati + Y_Bhatj#

点Dの位置ベクトル、原点O、 #vec(OD)= X_Dhati + Y_Dhatj#

平行四辺形ABCDの面積

#=ベース(AD)*高さ(BE)= AD * h#

#= AD * ABsintheta = | vec(AD)Xvec(AB)|#

再び

#vec(AD)= vec(OD)-vec(OA)=(X_D-X_A)hati +(Y_D-Y_A)hatj#

#vec(AB)= vec(OB)-vec(OA)=(X_B-X_A)hati +(Y_B-Y_A)hatj#

#vec(AD)#バツ#vec(AB)= (X_D-X_A)(Y_B-Y_A) - (X_B-X_A)(Y_D-Y_A) hatk#

面積= #| vec(AD)#バツ#vec(AB)|#

=#| Y_BX_D-Y_BX_A-Y_AX_D +キャンセル(Y_AX_A)-Y_DX_B + Y_DX_A + Y_AX_B-キャンセル(Y_AX_A)|#

=#| Y_BX_D-Y_BX_A-Y_AX_D-Y_DX_B + Y_DX_A + Y_AX_B |#

=#| Y_BX_D-Y_BX_A-Y_AX_D-Y_DX_B + Y_DX_A + Y_AX_B |#

=#| Y_A(X_B_X_D)+ Y_B(X_D-XA)+ Y_D(X_A-X_B)|#

したがって、同じ式があります