海伦公式的几种另证及其推广.doc

海伦公式的几种另证及其推广
2002级3班 欧锦峰
关于三角形的面积计算公式在解题中主要应用的有：
设△ABC中，a、b、c分别为角A、B、C的对边，ha为a边上的高，R、r分别为△ABC外接圆、内切圆的半径，p =(a+b+c),则
S△ABC =aha=ab×sinC = r p
= 2R2sinAsinBsinC =
=
其中，S△ABC =就是著名的海伦公式，在希腊数学家海伦的著作《测地术》中有记载。
海伦公式在解题中有十分重要的应用。
一、 海伦公式的变形
S=
= ①
= ②
= ③
= ④
= ⑤
二、 海伦公式的证明
证一 勾股定理
分析：先从三角形最基本的计算公式S△ABC =aha入手，运用勾股定理推导出海伦公式。
证明：如图ha⊥BC，根据勾股定理，得:

x = y =
ha ===
∴ S△ABC =aha=a×=
此时S△ABC为变形④，故得证。
证二：斯氏定理
分析：在证一的基础上运用斯氏定理直接求出ha。
斯氏定理:△ABC边BC上任取一点D，
若BDu，DC=v,AD=t.则
t 2 =
证明：由证一可知，u = v =
∴ ha 2 = t 2 =－
∴ S△ABC =aha =a ×
=
此时为S△ABC的变形⑤，故得证。
证三：余弦定理
分析：由变形② S =可知，运用余弦定理 c2 = a2 + b2 －2abcosC 对其进行证明。
证明：要证明S =
则要证S =
=
=ab×sinC
此时S =ab×sinC为三角形计算公式，故得证。
证四：恒等式
分析：考虑运用S△ABC =r p，因为有三角形内接圆半径出现，可考虑应用三角函数的恒等式。
恒等式：若∠A+∠B+∠C =180○那么
tg· tg+ tg· tg+ tg· tg= 1
证明：如图，tg = ①
tg = ②
tg = ③
根据恒等式，得：
+ + =
①②③代入，得：
∴r2(x+y+z) = xyz ④
如图可知：a＋b－c = (x+z)＋(x+y)－(z+y) = 2x
∴x = 同理：y = z =
代入 ④，得： r 2 ·=
两边同乘以，得：
r 2 ·=
两边开方，得： r ·=
左边r ·= r·p= S△ABC 右边为海伦公式变形①，故得证。
证五：半角定理
半角定理：tg=
tg=
tg=
证明：根据tg== ∴r =× y ①
同理r =× z ② r =× x ③
①×②×③,得： r3 =×xyz
∵由证一，x ==－c = p－c
y ==－a = p－a
z ==－b = p－b
∴ r3 = ∴ r =
∴S△ABC = r·p = 故得证。
三、 海伦公式的推广
由于在实际应用中，往往需计算四边形的面积，所以需要对海伦公式进行推广。由于三角形内接于圆，所以猜想海伦公式的推广为：在任意内接与圆的四边形ABCD中，设p=,则S四边形=
现根据猜想进行证明。
证明：如图，延长DA，CB交于点E。
设EA = e EB = f
∵∠1+∠2 =180○ ∠2+∠3 =180○
∴∠1 =∠3 ∴△EAB～△ECD
∴== =
解得： e = ① f = ②
由于S四边形ABCD =S△EAB
将①，②跟b =代入公式变形④，得：
∴S四边形ABCD =
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
所以，海伦公式的推广得证。
四、 海伦公式的推广的应用
海伦公式的推广在实际解题中有着广泛的应用，特别是在有关圆内接四边形的各种综合题中，直接运用海伦公式的推广往往事半功倍。
例题：如图，四边形ABCD内接于圆O中，SABCD =,AD = 1,AB = 1, CD = 2.
求：四边形可能为等腰梯形。
解：设BC = x
由海伦公式的推广，得：
=
(4－x)(2＋x)2 =27
x4－12x2－16x＋27 = 0
x2(x2—1)－11x(x－1)－27(x－1) = 0
(x－1)(x3＋x2－11x－27) = 0
x = 1或x3＋x2－11x－27 = 0
当x = 1时，AD = BC = 1
∴ 四边形可能为等腰梯形。
第 6 页 共 6 页