海伦公式

17 Mar 2025 | 5 分钟阅读

海伦公式也称为英雄公式。它以希腊裔埃及工程师和数学家亚历山大港的海伦的名字命名。当已知三角形的三条边时,它用于计算三角形的面积

海伦公式由以下公式给出:

Heron's formula

Heron's formula

其中,

S = 三角形的半周长

它由s = (a + b + c) /2给出

半周长:之所以称为半周长,是因为它的值是一个三角形周长的一半。周长定义为给定图形所有边的总和。对于三角形,周长等于其三条边的总和。

变量 a、b 和 c 是三角形的边。

海伦公式与其他公式不同,因为它不需要任何角度测量。

我们也可以用三角形的边来写公式。我们需要在公式中使用 s = (a + b + c) /2。

它由下式给出

Heron's formula

上面的公式也是海伦公式,但没有半周长 (s)。它用三角形的三条边 (a, b, 和 c) 来表示。

实际问题

让我们通过一些与海伦公式相关的实际问题来解决。

示例 1:求边长为 a = 4m、b = 5m 和 c = 3m 的三角形的面积。

解决方案

三角形半周长 = s = (a + b + c)/2

S = 4 + 5 + 3/2 = 12/2 = 6m

三角形面积 A = (6 (6 - 4) (6 - 5) (6 - 3))^1/2

A = (6 x 2 x 1 x 3)^1/2

A = (36)^1/2

A = 6m^2

因此,三角形的面积是 6 平方米。

示例 2:求三角形的面积,如果三角形的两条边是 4m 和 3m。三角形的半周长是 5m。

解:在这里,我们将首先使用半周长公式找到三角形的第三条边。之后,我们将计算三角形的面积。

我们知道,

S = (a + b + c)/2

5 = (4 + 3 + c)/2

5 x 2 = 4 + 3 + c

10 = 7 + c

3 = c

因此,三角形的第三条边是 3 厘米。

三角形面积由以下公式给出:

heron's formula

A = [5 (5 - 4) (5 - 3) (5 - 3) ]^1/2

A = [5 x 1 x 2 x 2] ^1/2

A = (20)^1/2

A = 4.47 平方米

因此,三角形的面积是 4.47 平方米。

示例 3:求边长为 4m 的等边三角形的面积。

解:等边三角形的三条边相等。

这意味着 a = b = c = 4m

我们可以将其半周长写为:

S = a + b + c / 2

S = 4 + 4 + 4 /2

S = 12/2 = 6m

面积可以表示为:

A = (6 (6 - 4) (6 - 4) (6 - 4))^1/2

A = (6 x 2 x 2 x 2)^1/2

A = 4 (3)^1/2

A = 6.93 m^2

因此,三角形的面积是 6.93 平方米。

亚历山大港的海伦

海伦公式是以亚历山大港的海伦的名字命名的。他大约出生于公元 10 年,大约于公元 70 年去世。

他是罗马科学传统的代表。他的著作包括《Metrica》、《Mechanica》、《Automata》等。

让我们简要讨论他著名作品的描述。

  • Metrica 是三本书,包含了正多边形、圆锥曲线、圆等的性质。它还包含几何公式。
  • Mechanica 也是三本书,描述了重物的运动。它通常有阿拉伯语译本。它还包括海伦关于两个平均比例(x 和 y)的问题的解决方案。x 和 y 是满足比例 a:x = x:y = y: b 的两个量。这里 a 和 b 是已知变量。它可以进一步用于其他问题。
  • Automata 定义为通过机械方式运行的机器集合。它包括旋转物体、门的关闭和打开等。

海伦公式的三角学证明

让我们讨论三种作为海伦公式证明的三角学方法。

  1. 余弦定理
  2. 余切定理
  3. 勾股定理

余弦定理

让我们讨论使用余弦定理的第一个证明。这意味着我们使用余弦定理公式来推导海伦公式。海伦在他的著作《Metrica》中提供了该公式的证明。

三角学证明与《几何公式》一书《Metrica》中讨论的证明截然不同。根据余弦定理:

Heron's formula

其中,

a、b 和 c 是三角形的边。

Alpha、beta 和 Gamma 是与三角形边相对的角。

下面一张图展示了具有三条边和三个角的三角形。

Heron's formula
Heron's formula

三角形的面积由以下公式给出:

½ x 底 x 高

其中,siny 是三角形的高。

因此,我们可以将三角形的面积表示为:

Heron's formula

因此,海伦公式通过余弦定理得到了证明。

余切定理证明

它也称为余切定理。它包括内切圆,如下图所示:

Heron's formula

其中,

a、b 和 c 是三角形的边。

Alpha、beta 和 Gamma 是与三角形边相对的角。

Heron's formula

S 是半周长,由以下公式给出:

S = (a + b + c)/2

面积可以计算为:

Heron's formula

从上图可以看出,我们可以轻松计算角度的值。

Cot = 三角形的底边/垂线

Cot alpha = s - a/r

类似地,可以计算其他角度。

我们知道半角之和为 90 度。因此,我们也可以将面积计算为:

A = rs

Heron's formula

将两个不同的面积方程合并,我们得到:

Heron's formula

这是所需的海伦公式。

勾股定理证明

下图显示了一个直角三角形。

Heron's formula

勾股定理适用于直角三角形,其中斜边的平方等于三角形另外两条边(底边和垂线)的平方和。

斜边被认为是三角形中最长的边。根据定理:

(斜边)^2 = (底边)^2 + (垂线)^2

上图包含两个直角三角形。一个三角形由边 b、d 和 h 表示。另一个三角形由三条边 a、h 和 (c - d) 表示。

两个三角形的勾股方程可以写为:

Heron's formula

使用勾股方程的三角形高度为:

(垂线)^2 = (斜边)^2 - (底边)^2

将 d 和 h 的值代入勾股方程,我们得到:

Heron's formula

我们知道三角形的面积由以下公式给出:

A = ½ x 底 x 高

A = ½ ch

因此,我们可以计算面积的值为:

Heron's formula

这是海伦公式,已证明。


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