WikiDer > Формула Брахмагуптаса - Википедия

Brahmaguptas formula - Wikipedia

В Евклидова геометрия, Брахмагуптаформула используется для поиска площадь любой циклический четырехугольник (тот, который можно вписать в круг) с учетом длин сторон.

Формула

Формула Брахмагупты дает площадь K из циклический четырехугольник чьи стороны имеют длину а, б, c, d в качестве

куда s, то полупериметр, определяется как

Эта формула обобщает Формула Герона для площади треугольник. Треугольник можно рассматривать как четырехугольник с одной стороной нулевой длины. С этой точки зрения, как d приближается к нулю, циклический четырехугольник сходится в циклический треугольник (все треугольники циклические), а формула Брахмагупты упрощается до формулы Герона.

Если полупериметр не используется, формула Брахмагупты имеет вид

Другая эквивалентная версия -

Доказательство

Схема для справки

Тригонометрическое доказательство

Здесь использованы обозначения на рисунке справа. Площадь K кругового четырехугольника равна сумме площадей АБР и BDC:

Но с тех пор ABCD вписанный четырехугольник, DAB = 180° − ∠DCB. Следовательно грех А = грех C. Следовательно,

Решение для общей стороны БД, в АБР и BDC, то закон косинусов дает

Подстановка потому что C = −cos А (поскольку углы А и C находятся дополнительный) и переставляя, мы имеем

Подставляя это в уравнение для площади,

Правая часть имеет вид а2б2 = (аб)(а + б) и, следовательно, может быть записано как

что после перестановки членов в квадратных скобках дает

Представляем полупериметр S = п + q + р + s/2,

Извлекая квадратный корень, получаем

Нетригонометрическое доказательство

Альтернативное, нетригонометрическое доказательство использует два приложения формулы площади треугольника Герона к аналогичным треугольникам.[1]

Продолжение на нециклические четырехугольники

В случае нециклических четырехугольников формулу Брахмагупты можно расширить, рассматривая меры двух противоположных углов четырехугольника:

куда θ равна половине суммы любых двух противоположных углов. (Выбор пары противоположных углов не имеет значения: если взяты два других угла, половина их суммы равна 180° − θ. С cos (180 ° - θ) = −cos θ, у нас есть потому что2(180° − θ) = cos2 θ.) Эта более общая формула известна как Формула Бретшнайдера.

Это собственность циклические четырехугольники (и в конечном итоге вписанные углы), что сумма противоположных углов четырехугольника равна 180 °. Следовательно, в случае вписанного четырехугольника θ равняется 90 °, отсюда термин

давая основную форму формулы Брахмагупты. Из последнего уравнения следует, что площадь вписанного четырехугольника - это максимально возможная площадь для любого четырехугольника с заданными длинами сторон.

Родственная формула, которая была доказана Кулидж, также дает площадь общего выпуклого четырехугольника. это[2]

куда п и q - длины диагоналей четырехугольника. В циклический четырехугольник, pq = ac + bd в соответствии с Теорема Птолемея, а формула Кулиджа сводится к формуле Брахмагупты.

Связанные теоремы

  • Формула Герона для площади треугольник частный случай, полученный взятием d = 0.
  • Отношения между общей и расширенной формами формулы Брахмагупты подобны тому, как закон косинусов расширяет теорема Пифагора.
  • Все более сложные формулы замкнутой формы существуют для площади общих многоугольников на окружностях, как описано Maley et al.[3]

Рекомендации

  1. ^ Гесс, Альбрехт, «Шоссе от Герона до Брахмагупты», Форум Geometricorum 12 (2012), 191–192.
  2. ^ Дж. Л. Кулидж, "Исторически интересная формула для определения площади четырехугольника", Американский математический ежемесячный журнал, 46 (1939) стр. 345-347.
  3. ^ Малей, Ф. Миллер; Роббинс, Дэвид П .; Роскис, Джули (2005). «О площадях циклических и полуциклических многоугольников». Успехи в прикладной математике. 34 (4): 669–689. arXiv:математика / 0407300. Дои:10.1016 / j.aam.2004.09.008.

внешняя ссылка

Эта статья включает материал из доказательства формулы Брахмагупты на PlanetMath, который находится под лицензией Лицензия Creative Commons Attribution / Share-Alike.