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三角形
✍ dations ◷ 2025-04-04 11:10:36 #三角形
三角形,又称三边形,是由三条线段顺次首尾相连,或不共线的三点两两连接,所组成的一个闭合的平面图形,是最基本和最少边的多边形。一般用大写英语字母
A
{displaystyle A}
、
B
{displaystyle B}
和
C
{displaystyle C}
为三角形的顶点标号;用小写英语字母
a
{displaystyle a}
、
b
{displaystyle b}
和
c
{displaystyle c}
表示边;用
α
{displaystyle alpha }
、
β
{displaystyle beta }
和
γ
{displaystyle gamma }
给角标号,又或者以
∠
A
B
C
{displaystyle angle ABC}
这样的顶点标号来表示。锐角三角形的所有内角均为锐角(即小于90°)。钝角三角形是其中一角为钝角(大于90°)的三角形,其余两角均小于90°。有一个角是直角(90°)的三角形为直角三角形。成直角的两条边称为“直角边”(cathetus),直角所对的边是“斜边”(hypotenuse);或最长的边称为“弦”,底部的一边称作“勾”(又作“句”),另一边称为“股”。斜边乘上斜边上的高÷2=勾股相乘÷2=此直角三角形面积(ch=ab)直角三角形各边与角度的关系,可以三角比表示。详见三角函数。三条边边长皆不相等的三角形称为不等边三角形。等边三角形(又称正三角形),为三边相等的三角形。其三个内角相等,均为60°。它是锐角三角形的一种。设其边长是
a
{displaystyle a}
,则其面积公式为
a
2
3
4
{displaystyle {frac {a^{2}{sqrt {3}}}{4}}}
。等边三角形是正四面体、正八面体和正二十面体这三个正多面体面的形状。六个边长相同的等边三角形可以拼成一个正六边形。等腰三角形是三条边中有两条边相等(或是其中两只内角相等)的三角形。等腰三角形中的两条相等的边被称为“腰”,而另一条边被称为“底边”,两条腰交叉组成的那个点被称为“顶点”,它们组成的角被称为“顶角”。等边三角形和等腰直角三角形是等腰三角形的特殊形式。退化三角形是指面积为零的三角形。满足下列条件之一的三角形即可称为退化三角形:三个内角的度数为(180°,0°,0°)或(90°,90°,0°);三边其中一条边的长度为0;一条边的长度等于另外两条之和。有人认为退化三角形并不能算是三角形,这是由于它介乎于三角不等式之间,在一些资料中已否定了其中一条边等于其余两条边之和的情况。勒洛三角形(英语:Reuleaux triangle),也译作莱洛三角形或弧三角形,又被称为划粉形或曲边三角形,是除了圆形以外,最简单易懂的勒洛多边形,一个定宽曲线。将一个曲线图放在两条平行线中间,使之与这两平行线相切,则可以做到:无论这个曲线图如何运动,只要它还是在这两条平行线内,就始终与这两条平行线相切。这个定义由十九世纪的德国工程师Franz Reuleaux(英语:Franz Reuleaux)命名。三角形具有稳定性,若二个三角形有以下的边角关系确定后,它的形状、大小就不会改变,二个三角形即为全等三角形。注意,SSA(Side-Side-Angle、边、边、角)不能保证两个三角形全等,除非该角大于等于90°。三角形中有着一些特殊线段,是三角形研究的重要对象。以上特殊线段,每个三角形均有三条,且三线共点。设在
Δ
A
B
C
{displaystyle Delta ABC,}
中,若三边
a
{displaystyle a}
、
b
{displaystyle b}
、
c
{displaystyle c,}
的中线分别为
m
a
{displaystyle m_{a}}
、
m
b
{displaystyle m_{b}}
、
m
c
{displaystyle m_{c}}
,则:设在
Δ
A
B
C
{displaystyle Delta ABC,}
中,连接三个顶点
A
{displaystyle A}
、
B
{displaystyle B}
、
C
{displaystyle C}
上的高分别记作
h
a
{displaystyle h_{a}}
、
h
b
{displaystyle h_{b}}
、
h
c
{displaystyle h_{c}}
,则:其中
s
=
a
+
b
+
c
2
{displaystyle s={frac {a+b+c}{2}}}
。设在
Δ
A
B
C
{displaystyle Delta ABC,}
中,若三个角
A
{displaystyle A}
、
B
{displaystyle B}
、
C
{displaystyle C}
的角平分线分别为
t
a
{displaystyle t_{a}}
、
t
b
{displaystyle t_{b}}
、
t
c
{displaystyle t_{c}}
,则:三角形的内心、外心、垂心及形心称为三角形的四心,定义如下:关于三角形的四心,有这样的一首诗:外心中点垂线伸,
垂心垂直画三高,
形心角连线中心。垂心(蓝)、形心(黄)和外心(绿)能连成一线,且成比例1:2,称为欧拉线,与九点圆的圆心(红)四点共线,为垂心和形心线段的中点。连同以下的旁心,合称为三角形的五心:设外接圆半径为
R
{displaystyle R}
, 内切圆半径为
r
{displaystyle r}
,则:其中
△
{displaystyle triangle }
为三角形面积;
s
{displaystyle s}
为三角形半周长,
s
=
a
+
b
+
c
2
{displaystyle s={frac {a+b+c}{2}}}三角形的面积
A
{displaystyle A}
是底边
b
{displaystyle b}
与高
h
{displaystyle h}
乘积的一半,即:其中的高是指底边与对角的垂直距离。从右图可知,将两个全等三角形相拼,可得一平行四边形。而将该平行四边形分割填补,正好能得到一个面积等于
b
h
{displaystyle bh}
的长方形。因此原来的三角形面积为证毕。设
a
{displaystyle a}
b
{displaystyle b}
为已知的两边,
γ
{displaystyle gamma }
为该两边的夹角,则三角形面积是:观察右图,根据正弦的定义:因此:将此式代入基本公式,可得:证毕。β
{displaystyle beta }
、
γ
{displaystyle gamma }
为已知的两角,
a
{displaystyle a}
为该两角的夹边,则三角形面积是:从正弦定理可知:代入
A
=
1
2
a
b
sin
γ
{displaystyle A={frac {1}{2}}absin gamma }
,得:注意到
α
+
β
+
γ
=
180
∘
{displaystyle alpha +beta +gamma =180^{circ }}
,因此:证毕。海伦公式,其表示形式为:其中
s
{displaystyle s}
等于三角形的半周长,即:秦九韶亦求过类似的公式,称为三斜求积法:也有用幂和来表示的公式:亦可用Cayley–Menger行列式表示的公式:基于海伦公式在三角形拥有非常小的角度时并不数值稳定,有一个变化的计法。设
a
≥
b
≥
c
{displaystyle ageq bgeq c}
,三角形面积为:设
a
{displaystyle a}
、
b
{displaystyle b}
、
c
{displaystyle c}
为三角形三条边,
α
{displaystyle alpha }
、
β
{displaystyle beta }
、
γ
{displaystyle gamma }
为相应边的对角。从余弦定理可知:以毕氏三角恒等式可得:将此式代入
A
=
1
2
a
b
sin
γ
{displaystyle A={frac {1}{2}}absin {gamma }}
,得:因式分解及简化后可得:代入
s
=
a
+
b
+
c
2
{displaystyle s={frac {a+b+c}{2}}}
,即可证毕。由
(
x
1
,
y
1
)
{displaystyle (x_{1},y_{1})}
、
(
x
2
,
y
2
)
{displaystyle (x_{2},y_{2})}
及
(
x
3
,
y
3
)
{displaystyle (x_{3},y_{3})}
三个顶点构成的三角形,其面积可用行列式的绝对值表示:无论三角形的顶点位置如何,该三角形总可以用一个直角梯形(或矩形)和两个直角三角形面积的和差来表示,而在直角坐标系中,已知直角梯形(或矩形)和直角三角形的顶点的坐标,该三角形的面积容易求出,即用上述的行列式表示。若三个顶点设在三维座标系上,即由
(
x
1
,
y
1
,
z
1
)
{displaystyle (x_{1},y_{1},z_{1})}
、
(
x
2
,
y
2
,
z
2
)
{displaystyle (x_{2},y_{2},z_{2})}
及
(
x
3
,
y
3
,
z
3
)
{displaystyle (x_{3},y_{3},z_{3})}
三个顶点构成三角形,其面积等于各自在主平面上投影面积的毕氏和,即:设三角形三边边长分别为
a
{displaystyle a}
、
b
{displaystyle b}
及
c
{displaystyle c}
,三角形半周长(
a
+
b
+
c
2
{displaystyle {frac {a+b+c}{2}}}
)为
s
{displaystyle s}
,内切圆半径为
r
{displaystyle r}
,则:若设外接圆半径为
R
{displaystyle R}
,则:内切圆半径公式根据右图,设
A
B
¯
=
c
{displaystyle {overline {AB}}=c}
,
A
C
¯
=
b
{displaystyle {overline {AC}}=b}
,
B
C
¯
=
a
{displaystyle {overline {BC}}=a}
,则三角形面积可表示为:外接圆半径公式根据正弦定理:因此:设从一角出发,引出两边的向量为
a
{displaystyle mathbf {a} }
及
b
{displaystyle mathbf {b} }
,三角形的面积为:根据向量积定义,
|
a
×
b
|
=
|
a
|
|
b
|
sin
γ
{displaystyle |mathbf {a} times mathbf {b} |=|mathbf {a} ||mathbf {b} |sin gamma }
,
其中
γ
{displaystyle gamma }
是两支向量的夹角。因此:证毕。在三角形
A
B
C
{displaystyle ABC,}
中,三个角的半角的正切和三边有如下关系:以正弦及余弦之比表示正切:因为所以而所以即同理可得
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