MathLabs
公式已证明

海伦公式

命题陈述

三边长为 aa、bb、cc 且半周长为 s=a+b+c2s = \dfrac{a + b + c}{2} 的三角形,其面积 SS 由公式 S=s(s−a)(s−b)(s−c)S = \sqrt{s(s - a)(s - b)(s - c)} 给出。

为什么成立?

三条边长 aa、bb、cc 在全等意义下唯一确定一个刚性三角形,因此它的面积 SS 必然完全由 aa、bb、cc 决定,而无需另行测量高。每个因式 s−a=b+c−a2s - a = \dfrac{b + c - a}{2} 都度量了三角不等式 b+c>ab + 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−as - a 趋近于 00,三角形也随之压扁为面积等于 00 的退化线段。

证明思路

将面积公式 S=12absin⁡γS = \tfrac{1}{2}ab\sin\gamma 与余弦定理 cos⁡γ=a2+b2−c22ab\cos\gamma = \dfrac{a^2 + b^2 - c^2}{2ab} 结合:平方并利用 sin⁡2γ=(1−cos⁡γ)(1+cos⁡γ)\sin^2\gamma = (1 - \cos\gamma)(1 + \cos\gamma),可得 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)。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)16S^2 = (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)S = \sqrt{s(s - a)(s - b)(s - c)}。

用到此定理的主题

相关定理

分步证明

该定理暂无分步证明。

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