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公式証明済み

ヘロンの公式

内容

三辺の長さが aa、bb、cc で、半周長が s=a+b+c2s = \dfrac{a + b + c}{2} である三角形の面積 SS は、S=s(s−a)(s−b)(s−c)S = \sqrt{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 aa、bb、cc 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 SS も高さを測ることなく aa、bb、cc だけで完全に決まるはずである。各因数 s−a=b+c−a2s - a = \dfrac{b + c - a}{2} は三角不等式 b+c>ab + 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−as - a は 00 に近づき、三角形は潰れて面積 00 の退化した線分になる。

証明の概略

面積公式 S=12absin⁡γS = \tfrac{1}{2}ab\sin\gamma と余弦定理 cos⁡γ=a2+b2−c22ab\cos\gamma = \dfrac{a^2 + b^2 - c^2}{2ab} を組み合わせる。両辺を二乗して sin⁡2γ=(1−cos⁡γ)(1+cos⁡γ)\sin^2\gamma = (1 - \cos\gamma)(1 + \cos\gamma) を用いると、16S2=4a2b2−(a2+b2−c2)2=(c2−(a−b)2)((a+b)2−c2)16S^2 = 4a^2b^2 - (a^2 + b^2 - c^2)^2 = (c^2 - (a - b)^2)((a + b)^2 - c^2) 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)16S^2 = (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)S = \sqrt{s(s - a)(s - b)(s - c)} が従う。

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参考文献

  1. Thomas L. Heath (1921). A History of Greek Mathematics, Vol. 2: From Aristarchus to Diophantus
  2. H. S. M. Coxeter (1969). Introduction to Geometry · DOI:10.1088/0031-9112/13/7/027