從一道習題開聊三角形面積公式

從一道習題開聊三角形面積公式

閒來無事作習題,看到這樣一道題:

從一道習題開聊三角形面積公式

不由地想起一段往事,記得當時也是遇到這樣一道題,學生有好幾種作法,有的選擇點到直線距離求高,有的選擇距離公式求三邊長,再利用海倫秦九韶公式的,有的選擇餘弦定理求出一角的餘弦值,進而求出正弦值,最後算出面積的。因為涉及到計算量大小,有的孩子算對了,有的計算失誤而導致結果錯誤。

記得當時我選擇的作法是:

從一道習題開聊三角形面積公式

記得當初我給出答案,學生們近乎瘋狂,他們驚訝的原因是對三角形面積公式的不熟悉,所以我們今天來談一談三角形的面積公式。

三角形是最簡單、最基本的多邊形,由於在所有多邊形中,唯有它具有穩定性,所以我們的生活和數學中有著太多的三角形模型。所以有很多數學愛好者對三角形進行研究,今天我們把古人對三角形面積的研究分享如下:(我是知識的搬運工)

公式1:

從一道習題開聊三角形面積公式

這個公式我們並不陌生,小學時就接觸過,譬如說這道題,就有很多學生選擇這一方法求解:

利用兩點之間的距離求出一個底邊長,再利用點到直線距離求出高。

公式2:

從一道習題開聊三角形面積公式

這個公式也不陌生,是課本上給出的一個公式。也有部分學生選擇這個公式解決問題:先求出三邊長,在利用餘弦定理求出一角的餘弦值,進而求出這個角的正弦值,最後利用公式求解。

當然我們利用公式2 ,以及正弦定理可以得到以下:

公式3:

從一道習題開聊三角形面積公式

公式4:

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公式5:

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公式6:

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公式7:

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公式8:

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公式9:

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公式10:

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公式11:

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從一道習題開聊三角形面積公式

這實際上是著名的秦九韶公式,也叫做三斜求積公式。

秦九韶(字道古,公元1202——1261年),南宋數學家,與李冶、楊輝、朱世傑齊名,同為我國數學黃金時代宋元時期的四大數學家。

秦九韶在其數學鉅著《數書九章》卷五中,所述的第二題是:“問沙田一段,有三斜(三角形三邊),其小斜一十三里,中斜一十四里,大斜一十五里,裡法三百步(每300步1裡)。欲知為田幾何?”“答曰:田積三百一十五頃(每100畝為1頃)。”

“術曰:以少廣求之,以小斜冪並大斜冪減中斜冪嗎,餘半之。自乘於上;以小斜冪乘大斜冪減上,餘四約之,為實;一從為隅,開平方得積。”

實際上這裡的三斜可以是任意的邊,也就是我們秦九韶的三斜求積公式。

公式12:

從一道習題開聊三角形面積公式

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這實際上是秦九韶公式的向量形式。

公式13:

從一道習題開聊三角形面積公式

從一道習題開聊三角形面積公式

這個就是我們所熟悉的海倫公式。公元1世紀,希臘數學家海倫在其所著《度量論》一書中給出了這一公式。這個公式簡潔、對稱,極具美感,深深揭示數學之美、數學之妙。

當然說法稱這個是海倫秦九韶公式,但是我們知道,秦九韶公式是我們上面提到的公式11,也叫做三斜求積式,這個公式是基於中國人善用的“勾股”思想,因而公式也具有此形式,我們可以稍作推演就會發現海倫公式和秦九韶公式是等價的,所謂英雄所見略同,海倫秦九韶公式的提起也就不算做無緣之木了。

印度數學家婆羅摩笈多在公元7世紀的一部論及天文的著作中,給出了用四邊長來表達圓內接四邊形面積的公式:

從一道習題開聊三角形面積公式

這個公式無論從形式上還是內容上似乎都是海倫公式的延拓與推廣,當然,這個公式僅僅適用於圓內接四邊形。

對於一般的四邊形,我們仍有公式:

從一道習題開聊三角形面積公式

佈列施內德在1842年給出了除四邊形四條邊長再加上兩條對角線長的四邊形面積公式:

從一道習題開聊三角形面積公式

也可以看作海倫公式的一種推廣。

公式14:

從一道習題開聊三角形面積公式

這個公式展開,和海倫公式展開是一致的,在這裡就不再證明。

公式15:

從一道習題開聊三角形面積公式

從一道習題開聊三角形面積公式

當初,小編就是用這個公式讓學生們“瘋狂”的。

公式16:

從一道習題開聊三角形面積公式

三階行列式的計算,在前兩天的法向量文章裡已經說明,在這裡不再重複。

三角形的公式蘊含著豐富的數學思想和方法,只要我們勤於總結,善於思考,就能養成良好的學習習慣,培養學習數學的興趣,提高數學解題的能力。


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