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布雷特施奈德公式


给定一个边长分别为 a, b, c, 和 d 的一般四边形,其面积由下式给出

K=1/4sqrt(4p^2q^2-(b^2+d^2-a^2-c^2)^2)
(1)
=sqrt((s-a)(s-b)(s-c)(s-d)-1/4(ac+bd+pq)(ac+bd-pq))
(2)

(Coolidge 1939; Ivanov 1960; Beyer 1987, p. 123),其中 pq 是对角线长度,s半周长。虽然这个公式在 Ivanoff (1960) 和 Beyer (1987, p. 123) 中被称为布雷特施奈德公式,但这似乎是一个误称。Coolidge (1939) 给出了这个公式的第二种形式,并声明“这是我所能找到的一个[公式],它是新的”,同时认为 Bretschneider (1842) 和 Strehlke (1842) 对相关公式的证明“相当笨拙”

 K= 
 sqrt((s-a)(s-b)(s-c)(s-d)-abcdcos^2[1/2(A+B)])
(3)

(Bretschneider 1842; Strehlke 1842; Coolidge 1939; Beyer 1987, p. 123),其中 AB 是四边形的两个对角。

QuadrilateralVectors

“布雷特施奈德公式”可以通过将四边形的边表示为向量 a, b, c, 和 d (排列方式使得 a+b+c+d=0),并将对角线表示为向量 pq (排列方式使得 p=b+cq=a+b)来推导得出。 四边形的面积用对角线表示,由二维叉积给出

 K=1/2|pxq|,
(4)

可以写成

 K^2=1/4(pxq)·(pxq),
(5)

其中 u·v 表示点积。利用向量四重积恒等式得到

K=1/2sqrt((p·p)(q·q)-(p·q)^2)
(6)
=1/2sqrt(p^2q^2-(p·q)^2).
(7)

但是

2(p·q)=2(b+c)·(a+b)
(8)
=-2b·(c+d)+2c·(a+b)
(9)
=2a·c-2b·d
(10)
=(a+c)·(a+c)-a·a-c·c-(b+d)·(b+d)+b·b+d·d
(11)
=b^2-a^2+d^2-c^2.
(12)

将其代入即可得到原始公式 (Ivanoff 1960)。


另请参阅

婆罗摩笈多公式, 海伦公式, 四边形

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参考文献

Beyer, W. H. (编). CRC Standard Mathematical Tables, 28th 版. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 123, 1987.Bretschneider, C. A. "Untersuchung der trigonometrischen Relationen des geradlinigen Viereckes." Archiv der Math. 2, 225-261, 1842.Coolidge, J. L. "A Historically Interesting Formula for the Area of a Quadrilateral." Amer. Math. Monthly 46, 345-347, 1939.Dostor, G. "Propriétés nouvelle du quadrilatère en général avec application aux quadrilatéres inscriptibles, circonscriptibles." Arch. Math. Phys. 48, 245-348, 1868.Hobson, E. W. A Treatise on Plane and Advanced Trigonometry. New York: Dover, pp. 204-205, 1957.Ivanoff, V. F. "Solution to Problem E1376: Bretschneider's Formula." Amer. Math. Monthly 67, 291-292, 1960.Strehlke, F. "Zwei neue Sätze vom ebenen und shparischen Viereck und Umkehrung des Ptolemaischen Lehrsatzes." Archiv der Math. 2, 33-326, 1842.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

布雷特施奈德公式

引用为

Weisstein, Eric W. "Bretschneider's Formula." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/BretschneidersFormula.html

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