公式証明済み
ヘロンの公式
内容
三辺の長さが a、b、c で、半周長が s=2a+b+c である三角形の面積 S は、S=s(s−a)(s−b)(s−c) で与えられる。
なぜ正しいのか?
三辺の長さ a、b、c は合同を除いて三角形の形を一意に定めるため、その面積 S も高さを測ることなく a、b、c だけで完全に決まるはずである。各因数 s−a=2b+c−a は三角不等式 b+c>a にどれだけの余裕があるかを表しており、一つの辺が他の二辺の和に近づくと対応する因数 s−a は 0 に近づき、三角形は潰れて面積 0 の退化した線分になる。
証明の概略
面積公式 S=21absinγ と余弦定理 cosγ=2aba2+b2−c2 を組み合わせる。両辺を二乗して sin2γ=(1−cosγ)(1+cosγ) を用いると、16S2=4a2b2−(a2+b2−c2)2=(c2−(a−b)2)((a+b)2−c2) となる。二つの二乗の差を因数分解すると 16S2=(a+b+c)(b+c−a)(a+c−b)(a+b−c)=16s(s−a)(s−b)(s−c) が得られ、平方根をとれば S=s(s−a)(s−b)(s−c) が従う。
ステップごとの証明
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