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海倫公式 能推廣到三維嗎?

海倫公式的幾種另證及其推廣

關於三角形的面積計算公式在解題中主要應用的有:

設△ABC中,a、b、c分別為角A、B、C的對邊,ha為a邊上的高,R、r分別為△ABC外接圓、內切圓的半徑,p = (a+b+c),則

S△ABC = aha= ab×sinC = r p

= 2R2sinAsinBsinC =

=

其中,S△ABC = 就是著名的海倫公式,在希臘數學家海倫的著作《測地術》中有記載。

海倫公式在解題中有十分重要的應用。

壹、 海倫公式的變形

S=

= ①

= ②

= ③

= ④

= ⑤

二、 海倫公式的證明

證壹 勾股定理

分析:先從三角形最基本的計算公式S△ABC = aha入手,運用勾股定理推導出海倫公式。

證明:如圖ha⊥BC,根據勾股定理,得:

x = y =

ha = = =

∴ S△ABC = aha= a× =

此時S△ABC為變形④,故得證。

證二:斯氏定理

分析:在證壹的基礎上運用斯氏定理直接求出ha。

斯氏定理:△ABC邊BC上任取壹點D,

若BD=u,DC=v,AD=t.則

t 2 =

證明:由證壹可知,u = v =

∴ ha 2 = t 2 = -

∴ S△ABC = aha = a ×

=

此時為S△ABC的變形⑤,故得證。

證三:余弦定理

分析:由變形② S = 可知,運用余弦定理 c2 = a2 + b2 -2abcosC 對其進行證明。

證明:要證明S =

則要證S =

=

= ab×sinC

此時S = ab×sinC為三角形計算公式,故得證。

證四:恒等式

分析:考慮運用S△ABC =r p,因為有三角形內接圓半徑出現,可考慮應用三角函數的恒等式。

恒等式:若∠A+∠B+∠C =180○那麽

tg · tg + tg · tg + tg · tg = 1

證明:如圖,tg = ①

tg = ②

tg = ③

根據恒等式,得:

+ + =

①②③代入,得:

∴r2(x+y+z) = xyz ④

如圖可知:a+b-c = (x+z)+(x+y)-(z+y) = 2x

∴x = 同理:y = z =

代入 ④,得: r 2 · =

兩邊同乘以 ,得:

r 2 · =

兩邊開方,得: r · =

左邊r · = r·p= S△ABC 右邊為海倫公式變形①,故得證。

證五:半角定理

半角定理:tg =

tg =

tg =

證明:根據tg = = ∴r = × y ①

同理r = × z ② r = × x ③

①×②×③,得: r3 = ×xyz

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