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佈雷特施奈德公式


給定一個邊長分別為 a, b, c, 和 d 的一般四邊形,其面積由下式給出

K=1/4sqrt(4p^2q^2-(b^2+d^2-a^2-c^2)^2)
(1)
=sqrt((s-a)(s-b)(s-c)(s-d)-1/4(ac+bd+pq)(ac+bd-pq))
(2)

(Coolidge 1939; Ivanov 1960; Beyer 1987, p. 123),其中 pq 是對角線長度,s半周長。雖然這個公式在 Ivanoff (1960) 和 Beyer (1987, p. 123) 中被稱為佈雷特施奈德公式,但這似乎是一個誤稱。Coolidge (1939) 給出了這個公式的第二種形式,並宣告“這是我所能找到的一個[公式],它是新的”,同時認為 Bretschneider (1842) 和 Strehlke (1842) 對相關公式的證明“相當笨拙”

 K= 
 sqrt((s-a)(s-b)(s-c)(s-d)-abcdcos^2[1/2(A+B)])
(3)

(Bretschneider 1842; Strehlke 1842; Coolidge 1939; Beyer 1987, p. 123),其中 AB 是四邊形的兩個對角。

QuadrilateralVectors

“佈雷特施奈德公式”可以透過將四邊形的邊表示為向量 a, b, c, 和 d (排列方式使得 a+b+c+d=0),並將對角線表示為向量 pq (排列方式使得 p=b+cq=a+b)來推導得出。 四邊形的面積用對角線表示,由二維叉積給出

 K=1/2|pxq|,
(4)

可以寫成

 K^2=1/4(pxq)·(pxq),
(5)

其中 u·v 表示點積。利用向量四重積恆等式得到

K=1/2sqrt((p·p)(q·q)-(p·q)^2)
(6)
=1/2sqrt(p^2q^2-(p·q)^2).
(7)

但是

2(p·q)=2(b+c)·(a+b)
(8)
=-2b·(c+d)+2c·(a+b)
(9)
=2a·c-2b·d
(10)
=(a+c)·(a+c)-a·a-c·c-(b+d)·(b+d)+b·b+d·d
(11)
=b^2-a^2+d^2-c^2.
(12)

將其代入即可得到原始公式 (Ivanoff 1960)。


另請參閱

婆羅摩笈多公式, 海倫公式, 四邊形

使用 探索

參考文獻

Beyer, W. H. (編). CRC Standard Mathematical Tables, 28th 版. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 123, 1987.Bretschneider, C. A. "Untersuchung der trigonometrischen Relationen des geradlinigen Viereckes." Archiv der Math. 2, 225-261, 1842.Coolidge, J. L. "A Historically Interesting Formula for the Area of a Quadrilateral." Amer. Math. Monthly 46, 345-347, 1939.Dostor, G. "Propriétés nouvelle du quadrilatère en général avec application aux quadrilatéres inscriptibles, circonscriptibles." Arch. Math. Phys. 48, 245-348, 1868.Hobson, E. W. A Treatise on Plane and Advanced Trigonometry. New York: Dover, pp. 204-205, 1957.Ivanoff, V. F. "Solution to Problem E1376: Bretschneider's Formula." Amer. Math. Monthly 67, 291-292, 1960.Strehlke, F. "Zwei neue Sätze vom ebenen und shparischen Viereck und Umkehrung des Ptolemaischen Lehrsatzes." Archiv der Math. 2, 33-326, 1842.

在 中被引用

佈雷特施奈德公式

引用為

Weisstein, Eric W. "Bretschneider's Formula." 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/BretschneidersFormula.html

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