C1407班的李镜楠有一天拦住我,说:“老师,我觉得海伦公式很重要,你可以讲一下吗?”海伦公式一、什么是海伦公式?如图1,在三角形ABC中,A=15,B=14,C=13,求三角形ABC的面积,运用我们已经学习过的知识可以直接求解吗?图1像这样的题目,用海伦公式很容易解决,那么,什么是海伦公式呢?海伦公式:三角形的面积S=√p(p−a)(p−b)(p−c)其中:a、b、c分别是三角形的三边长,p=12(a+b+c)海伦公式亦称“海伦-秦九韶公式”。此公式(利用三角形的三条边长来求三角形面积)相传是亚历山大港的海伦发现的,并可在其于公元60年的《Metrica》中找到其证明。亦有认为早于阿基米德时代已经懂得这条公式,而由于《Metrica》是一部古代数学知识的结集,该公式的发现时期很有可能先于海伦的著作。亚历山大里亚的海伦(希腊语:ἭρωνὁἈλεξανδρεύς)(公元10年-70年),是一位古希腊数学家,居住于托勒密埃及时期的罗马省。他也是一名活跃于其家乡亚历山大里亚的工程师,他被认为是古代最伟大的实验家,他的著作在希腊化时期文明(Hellenisticcivilization)科学传统方面享负盛名。我国南宋末年数学家秦九韶,其著作《数书九章》卷五第二题即三斜求积。“问沙田一段,有三斜,其小斜一十三里,中斜一十四里,大斜一十五里,里法三百步,欲知为田几何?”答曰:“三百十五顷.”其术文是:“以小斜幂并大斜幂,减中斜幂,余半之,自乘于上;以小斜幂乘大斜幂,减上,余四约之为实,……开平方得积。”若以大斜记为a,中斜记为b,小斜记为c,用现代公式表示即为:能否由秦九韶的公式推导出海伦公式?二、秦九韶公式推导出海伦公式详见人教版教材八年级下册三、秦九韶公式的证明中国古代的天元术发展水平非常高,猜想秦九韶在独立推出“三斜求积”公式过程中,利用了解方程的方法,从三角形最基本的面积公式SΔABC=12aha入手,利用勾股定理,布列方程组求高。如图2,yxz图2ABCD在△ABC中,AD为边BC上的高,根据勾股定理,有{x2+y2=c2¿{x2+z2=b2¿¿¿¿解方程,得y=a2+c2−b22a,z=a2+b2−c22a,x=√c2−y2=√c2−(a2+c2−b22a)2=12a√4a2c2−(a2+c2−b2)2又因为SΔABC=12aha,所以三、海伦公式的证明那么,海伦公式如何证明呢?海伦公式:三角形的面积S=√p(p−a)(p−b)(p−c)其中:a、b、c分别是三角形的三边长,p=12(a+b+c)证明(1):由余弦定理可知:cosC=a2+b2−c22ab,由此得出由p=12(a+b+c)可得:a+b+c=2p,a+b−c=a+b+c−2c=2p−2c=2(p−c),−a+b+c=a+b+c−2a=2p−2a=2(p−a),a−b+c=a+b+c−2b=2p−2b=2(p−b),因此:sinC=12ab√(a+b+c)(a+b−c)(−a+b+c)(a−b+c)=2ab√p(p−a)(p−b)(p−c)由三角形面积公式S=12absinC即得S=√p(p−a)(p−b)(p−c)上述证明用到了三角函数sinC、cosC,因为初二年级的学生还没有接触三角函数,我们也可以考虑用以下的方法证明。BT是△ABC的AC边上的高,点T为垂足。记AB=c,AC=b,BC=a,BT=h,CT=d(见上图)。证明(2):若△ABC是锐角三角形(图3),则由勾股定理有{a2−d2=h2(1)c2−(b−d)2=h2(2)由(1)式得出d=√a2−h2,带入(2)式:c2−(b−√a2−h2)2=h2。展开,即得c2−(b2+a2−h2−2b√a2−h2)=h2,由此式解得h2=4a2b2−(a2+b2−c2)24b2=(a+b+c)(−a+b+c)(a−b+c)(a+b−c)4b2,图4CABT图3TBAC类似于证明(1),得出h2=4p(p−a)(p−b)(p−c)b2,由于三角形面积S=12bh,由上式即得S=√p(p−a)(p−b)(p−c)。若△ABC是钝角三角形(图4),不失一般性,设∠C>90∘,则由勾股定理有{a2−d2=h2(1)c2−(b+d)2=h2(3)类似于△ABC是锐角三角形的情况,可得h2=4p(p−a)(p−b)(p−c)b2,因而亦得S=√p(p−a)(p−b)(p−c)。若△ABC是直角三角形(图4),不失一般性,设∠C=90∘,由勾股定理有a2+b2=c2。√p(p−a)(p−b)(p−c)=√a+b+c2⋅−a+b+c2⋅a−b+c2⋅a+b−c2=14√[(a+b)2−c2]⋅[c2−(a−b)2]=12ab故,此时仍有S=√p(p−a)(p−b)(p−c)。四、海伦公式的推导海伦公式形式漂亮,结构工整,有多种变形,如:S=√p(p−a)(p−b)(p−c)=14√(a+b+c)(a+b−c)(a+c−b)(b+c−a)=14√[(a+b)2−c2][c2−(a−b)2]=14√(a2+b2−c2+2ab)[−(a2+...