ヘロンの公式を三平方の定理から導く | メモ書き

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間違いがある可能性あり
書き方の統一感が皆無
数式書きづらいね

○ヘロンの公式
3辺の長さがa,b,cであるような△ABCの面積Sは、2t=a+b+cとおくと、次式で求まる。
S=√{t(t-a)(t-b)(t-c)}



○例
3辺が4,5,7である三角形の面積は
√(8×4×3×1)
=4√6
となる。





○証明1…三角関数を使うものがよく知られている。

△ABCの面積Sは、三角関数を用いると次式で求まるが、
S=(1/2)absinC

これを同値変形していくと
2S=absinC
4S²=a²b²sin²C
16S²=4a²b²(1-cos²C)

ここで、余弦定理より
2ab•cosC=c²-a²-b²
だから、
16S²
=4a²b²-(c²-a²-b²)²
={c²-(a-b)²}{(a+b)²-c²}
=(a-b+c)(-a+b+c)(a+b+c)(a+b-c)

ここで、a+b+c=2tとおくと
16S²
=16t(t-a)(t-b)(t-c)
より
=t(t-a)(t-b)(t-c)
(証明終わり)






○証明2…三平方の定理でも証明できる。

3辺のうち最も長いのが辺ABであるとして一般性を失わない。
このとき、頂点Cから辺ABに下ろした垂線の足を点Hとして、AH,CHの長さをそれぞれd,hとすれば
三平方の定理より
d²+h²=b²
(c-d)²+h²=a²
この2式からdを消去して整理すると
c²+b²-a²=2c√(b²-h²)
(c²+b²-a²)²=4c²(b²-h²)

ここで、S=(1/2)chだから
(c²+b²-a²)²=4c²b²-16S²
これを整理すると
16S²=(a+b+c)(-a+b+c)(a-b+c)(a+b-c)
これは上の証明に出てきた等式と同じものである。
(証明終わり)






※2つの証明は本質的に同じ。
三角形の面積=底辺×高さ/2
において、高さを3辺の長さで表すとヘロンの公式が得られる。