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海倫公式


平面幾何中的一個重要定理,也稱為海倫公式。 給定邊長 a, b, 和 c 以及半周長

 s=1/2(a+b+c)
(1)

對於一個三角形,海倫公式給出面積 Delta三角形

 Delta=sqrt(s(s-a)(s-b)(s-c)).
(2)

海倫公式可以使用 Cayley-Menger 行列式以優美的方式表達為

 -16Delta^2=|0 a b c; a 0 c b; b c 0 a; c b a 0|=|0 1 1 1; 1 0 c^2 b^2; 1 c^2 0 a^2; 1 b^2 a^2 0|.
(3)

另一個高度對稱的形式由下式給出

 (4Delta)^2=[a^2 b^2 c^2][-1  1  1;  1 -1  1;  1  1 -1][a^2; b^2; c^2]
(4)

(Buchholz 1992)。

SoddyCircles

將邊長 a, b, 和 c 用三角形頂點為圓心的相互相切圓的半徑 a^', b^', 和 c' 表示(這些圓定義了索迪圓),

a=b^'+c^'
(5)
b=a^'+c^'
(6)
c=a^'+b^',
(7)

給出特別優美的形式

 Delta=sqrt(a^'b^'c^'(a^'+b^'+c^')).
(8)

海倫的證明(Dunham 1990)非常巧妙但極其複雜,它彙集了一系列表面上不相關的幾何恆等式,並依賴於圓內接四邊形直角三角形的性質。 海倫的證明可以在他的著作Metrica(約公元前 100 年至公元 100 年)的命題 1.8 中找到。 這份手稿已經失傳了幾個世紀,直到 1894 年發現了一個片段,1896 年發現了一個完整副本(Dunham 1990,第 118 頁)。 最近,阿拉伯學者阿布·賴漢·穆罕默德·比魯尼的著作將該公式歸功於海倫之前的阿基米德,時間在公元前 212 年之前(van der Waerden 1961,第 228 頁和 277 頁; Coxeter 和 Greitzer 1967,第 59 頁;Kline 1990;Bell 1986,第 58 頁; Dunham 1990,第 127 頁)。

一個更容易理解的代數證明從餘弦定理開始,

 cosA=(b^2+c^2-a^2)/(2bc).
(9)

然後

 sinA=(sqrt(-a^4-b^4-c^4+2b^2c^2+2c^2a^2+2a^2b^2))/(2bc),
(10)

給出

Delta=1/2bcsinA
(11)
=1/4sqrt(2(b^2c^2+c^2a^2+a^2b^2)-(a^4+b^4+c^4))
(12)
=1/4sqrt((2ab)^2-(a^2+b^2-c^2)^2)
(13)
=1/4sqrt((a+b+c)(-a+b+c)(a-b+c)(a+b-c))
(14)
=sqrt(s(s-a)(s-b)(s-c))
(15)

(Coxeter 1969)。 海倫公式包含勾股定理作為一種退化情況。


另請參閱

婆羅摩笈多公式, 佈雷特施奈德公式, Cayley-Menger 行列式, 海倫四面體, 海倫三角形, 索迪圓, SSS 定理, 三角形

使用 探索

參考文獻

Bell, E. T. Men of Mathematics. New York: Simon and Schuster, p. 58, 1986.Buchholz, R. H. "Perfect Pyramids." Bull. Austral. Math. Soc. 45, 353-368, 1992.Coxeter, H. S. M. Introduction to Geometry, 2nd ed. New York: Wiley, p. 12, 1969.Coxeter, H. S. M. and Greitzer, S. L. Geometry Revisited. Washington, DC: Math. Assoc. Amer., p. 59, 1967.Dunham, W. "Heron's Formula for Triangular Area." Ch. 5 in Journey through Genius: The Great Theorems of Mathematics. New York: Wiley, pp. 113-132, 1990.Kline, M. Mathematical Thought from Ancient to Modern Times. Oxford, England: Oxford University Press, 1990.MathPages. "Heron's Formula and Brahmagupta's Generalization." http://www.mathpages.com/home/kmath196.htm.Pappas, T. "Heron's Theorem." The Joy of Mathematics. San Carlos, CA: Wide World Publ./Tetra, p. 62, 1989.van der Waerden, B. L. Science Awakening. Oxford, England: Oxford University Press, pp. 228 and 277, 1961.

引用為

魏斯坦, 埃裡克·W. "海倫公式。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/HeronsFormula.html

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