公式已证明
海伦公式
命题陈述
三边长为 a、b、c 且半周长为 s=2a+b+c 的三角形,其面积 S 由公式 S=s(s−a)(s−b)(s−c) 给出。
为什么成立?
三条边长 a、b、c 在全等意义下唯一确定一个刚性三角形,因此它的面积 S 必然完全由 a、b、c 决定,而无需另行测量高。每个因式 s−a=2b+c−a 都度量了三角不等式 b+c>a 的富余量:当一条边的长度逼近另外两边之和时,对应的因式 s−a 趋近于 0,三角形也随之压扁为面积等于 0 的退化线段。
证明思路
将面积公式 S=21absinγ 与余弦定理 cosγ=2aba2+b2−c2 结合:平方并利用 sin2γ=(1−cosγ)(1+cosγ),可得 16S2=4a2b2−(a2+b2−c2)2=(c2−(a−b)2)((a+b)2−c2)。对两个平方差继续因式分解即得 16S2=(a+b+c)(b+c−a)(a+c−b)(a+b−c)=16s(s−a)(s−b)(s−c),两边开平方即得 S=s(s−a)(s−b)(s−c)。