高中数学 · D 模块

三角形面积的正弦表示

正弦定理联系了三角形的边与对角。接下来,从底乘高的一半出发,用两边及其夹角表示三角形面积。

从夹角求高

从夹角得到高

在三角形 $ABC$ 中,角 $A,B,C$ 的对边分别记为 $a,b,c$,即 $BC=a$、$CA=b$、$AB=c$。以 $AB$ 为底,从 $C$ 向直线 $AB$ 作垂线,垂足记为 $H$,高 $CH=h$,面积记为 $S$。

三角形的底、夹角和高A 在左下,B 在右下,C 在上方。AB 是底 c,AC 是边 b,两边夹角为 A;从 C 向 AB 作垂线,垂足 H,高为 h。ABCHbachA
$b,c$ 夹着角 $A$;$h$ 垂直于底边所在的直线。图示为锐角情形。

先看 $A$ 为锐角的情况。在直角三角形 $ACH$ 中,$AC=b$ 是斜边,$CH=h$ 是角 $A$ 的对边。

$$\sin A=\frac{h}{b}$$

按正弦的定义,用对边长除以斜边长。

$$h=b\sin A$$

等式两边乘以正数 $b$,就把没有直接给出的高表示出来。

若 $A$ 是钝角,利用 $\sin(\pi-A)=\sin A$,仍有 $h=b\sin A$;直角情形也成立。

代回面积

代回底乘高的一半

高已经写成 $b\sin A$,接下来代回熟悉的面积公式。

$$S=\frac12ch$$

以 $c$ 为底,对应的高是 $h$。

$$S=\frac12bc\sin A$$

代入 $h=b\sin A$,整理乘积。

例如,$b=5$、$c=8$、$A=30^\circ$,代入便得:

$$S=\frac12\times5\times8\times\frac12=10$$

三种公式

轮换得到三个等价形式

改用另外两条边作底,同样的底高关系给出三个等价形式。已知哪两边及其夹角,就选对应的一式。

$$S=\frac12bc\sin A$$

两边 $b,c$,夹角 $A$。

$$S=\frac12ca\sin B$$

两边 $c,a$,夹角 $B$。

$$S=\frac12ab\sin C$$

两边 $a,b$,夹角 $C$。

正弦面积式仍是“底乘高的一半”。使用时,只需认准两条边及其夹角。