海伦-秦九昭公式的推导与证明-江彬
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秦九韶公式的推导过程秦九韶公式,也称为求解一元二次方程的公式,是指在已知一元二次方程的三个系数(a、b、c)的情况下,通过特定的计算方法求得方程的根。
它的推导过程如下:我们假设一元二次方程的标准形式为ax²+bx+c=0,其中a、b、c为已知系数,且a≠0。
接下来,我们将方程两边同时乘以4a,得到4a²x²+4abx+4ac=0。
然后,我们将方程两边同时加上b²,得到4a²x²+4abx+b²+4ac=b²。
接着,我们将方程左边的式子进行因式分解,得到(2ax+b)²=b²-4ac。
然后,我们对方程两边同时开平方根,得到2ax+b=±√(b²-4ac)。
接下来,我们将方程两边同时减去b,得到2ax=-b±√(b²-4ac)。
我们将方程两边同时除以2a,得到x=(-b±√(b²-4ac))/2a。
至此,我们成功地推导出了秦九韶公式。
这个公式的推导过程并不复杂,但却是数学研究中的重要成果之一。
它为解决一元二次方程提供了简明有效的方法,使我们能够在不通过图像的情况下,直接通过计算得到方程的根。
秦九韶公式的推导过程中,我们运用了因式分解、开平方根等基本数学运算,这些运算是数学研究中常见且重要的方法。
通过这些方法,我们能够将复杂的数学问题转化为简单的计算过程,从而得到准确的结果。
在实际应用中,秦九韶公式被广泛地应用于数学、物理、工程等领域。
通过这个公式,我们能够解决一些实际问题,比如求解抛物线的顶点、计算抛物线与直线的交点等等。
这些问题在实际生活中具有一定的实用性和重要性。
秦九韶公式的推导过程简洁明了,通过几个基本的数学运算,我们可以得到一元二次方程的解析解。
这个公式在数学研究和实际应用中起到了重要的作用,方便了我们解决一些复杂的问题。
掌握了秦九韶公式的推导过程,我们能够更好地理解和应用这个公式,提高数学问题的解决能力。
秦九韶之“三斜求積術”及海倫公式之《測量儀器》証明法-1-秦九韶之“三斜求積術”及海倫公式之《測量儀器》証明法上傳書齋:瀟湘館112何世強HoSaiKeung提要:本文主要談及秦九韶《數學九章?三斜求積》之術,即已知一三角形之三邊,求其面積。
秦九韶有公式求其積,此公式可演變為海倫公式﹝Heron’sformula/Hero’sformula﹞。
海倫公式海倫在其著作《測量儀器》及《度量數》中作出證明,本文詳述其証明法。
本文尚涉及印度數學家婆什迦羅﹝Bhaskara﹞之求三角形面積法。
關鍵詞:秦九韶、數學九章、海倫公式、《測量儀器》、三斜求積、婆什迦羅、麗羅娃蒂。
第1節秦九韶之三斜求積術南宋數學家秦九韶著《數書九章》,又名《數學九章》,共九卷,每卷分上下﹝或視之為十八卷﹞。
秦九韶著此書於宋?淳祐七年(1247年)。
該書卷三上?有“三斜求積”之術,“三斜”即三邊不相等之三角形之三邊,即今之所謂任意三角形。
積,面積也。
任意三角形最長之邊是為“大斜”,中長之邊是為“中斜”,最短之邊是為“小斜”,此“三斜”為已知之數,今求其面積。
此三角形如下圖所示:-2-三斜圖今設“大斜”為a,“中斜為c,“小斜為b;各邊所對應之角分別為A、C及B。
另外,AD垂直BC,AD高h,BD之長為q,DC長p,即q+p=a。
秦九韶之三斜求積術只用a、b及c。
其面積可從下式而得:222222241cbaba。
以下為其現代數學証明法:求三角形面積先從餘弦公式開始cosC=ab21(a2+b2–c2)。
ΔABC=21absinC=21abC2cos1?=21ab2222224)(1bacba22222224)(4cbaba =22222222)(41cbaba =222222241cbaba。
-3-此即為秦九韶之求三角形面積公式,稱為“三斜求積”術。
但秦九韶並非以此法証明其式。
此証明法不算複雜,但須明白何謂“餘弦公式”。
以下為此式之文字說明﹝見《數學九章》原文﹞,非証明:術曰:以少廣求之。
海伦公式在几何中,已知三边的长,求三角形的面积,我们都知道使用求积公式:△=√[s(s-a)(s-b)(s-c)] 其中s=1/2(a+b+c)这个公式一般称之为海伦公式,因为它是由古希腊的著名数学家海伦首先提出的。
有人认为阿基米德比海伦更早了稳这一公式,但是由于没有克凿的证据而得有到数学界的承认。
诲伦是亚历山大学派后期的代表人物,亚历山大后期,希腊文明遭到了严重的摧残,随着罗马帝国的扩张,希腊处于罗马的统治之下,亚里山的图书馆等被付之以火,这是历史上最大的文化浩动之一。
在罗马统治下,科学技术主要是为阶级的军事征战和一公贵族的奢侈需要服务的,他们讲求实用而轻视理论。
虽然亚历山大城仍然保持着数学中心的地痊,出现了诸如托勒密和丢番图等数学家,但是毕竟无法挽救希腊衰亡的命运。
与此同时,基督都在希腊兴起,基督教的兴起和传播,使得相像在一定历史条件下的科学淹没在宗教的热忱中,从此,希腊数学蒙受了更大的灾难。
到了公元415年,希腊女数学家希帕提亚在街上被疯狂的基督教徒割成碎块,她的学生被迫逃亡,从此,盛极一时的亚历山学派就这样无声无地结束了。
海伦就生活在这样的黑暗统治之中,幸运的是,他生活在亚历山大文明遭到摧残的早期,作为一各杰出的工程师和学者,他有许多发明,在数学、物理、测量等方面都有著作,是一位学识非常渊博的学者。
他注重实际应用。
最著名的贡献就是提出并证明了已知三边求三角形面积的公式。
这个公式出现在他的》几何学《一书中,除此之外,他还研究了正多边形示积法、二次方程求解等问题。
我国宋代的数学家秦九韶也提出了“三斜求积术”。
它与海伦公式基本一样,其实在《九章算术》中,已经有求三角形公式“底乘高的一半”,在实际丈量土地面积时,由于土地的面积并不是的三角形,要找出它来并非易事。
所以他们想到了三角形的三条边。
如果这样做求三角形的面积也就方便多了。
但是怎样根据三边的长度来求三角形的面积?直到南亲,我国著名的数学家九韶提出了“三斜求积术”。
海伦公式海伦公式又译作希伦公式、海龙公式、公式、海伦-秦九韶公式,传说是古代的国王希伦(,也称海龙)二世发现的公式,利用三角形的三条边长来求取三角形面积。
但根据Morris Kline在1908年出版的着作考证,这条公式其实是所发现,以托希伦二世的名发表(未查证)。
我国宋代的数学家也提出了“三斜求积术”,它与海伦公式基本一样。
假设有一个三角形,边长分别为a、b、c,三角形的面积S可由以下公式求得:S=√[p(p-a)(p-b)(p-c)]而公式里的p为半周长:p=(a+b+c)/2——————————————————————————————————————————————注1:"Metrica"(《度量论》)手抄本中用s作为半周长,所以S=√[p(p-a)(p-b)(p-c)] 和S=√[s(s-a)(s-b)(s-c)]两种写法都是可以的,但多用p作为半周长。
——————————————————————————————————————————————由于任何n边的多边形都可以分割成n-2个三角形,所以海伦公式可以用作求多边形面积的公式。
比如说测量土地的面积的时候,不用测三角形的高,只需测两点间的距离,就可以方便地导出答案。
证明(1):与海伦在他的着作"Metrica"(《度量论》)中的原始证明不同,在此我们用三角公式和公式变形来证明。
设三角形的三边a、b、c的对角分别为A、B、C,则为cosC = (a^2+b^2-c^2)/2abS=1/2*ab*sinC=1/2*ab*√(1-cos^2 C)=1/2*ab*√[1-(a^2+b^2-c^2)^2/4a^2*b^2]=1/4*√[4a^2*b^2-(a^2+b^2-c^2)^2]=1/4*√[(2ab+a^2+b^2-c^2)(2ab-a^2-b^2+c^2)]=1/4*√[(a+b)^2-c^2][c^2-(a-b)^2]=1/4*√[(a+b+c)(a+b-c)(a-b+c)(-a+b+c)]设p=(a+b+c)/2则p=(a+b+c)/2, p-a=(-a+b+c)/2, p-b=(a-b+c)/2,p-c=(a+b-c)/2,上式=√[(a+b+c)(a+b-c)(a-b+c)(-a+b+c)/16]=√[p(p-a)(p-b)(p-c)]所以,三角形ABC面积S=√[p(p-a)(p-b)(p-c)]证明(2):我国宋代的数学家秦九韶也提出了“三斜求积术”。
古希腊的几何学家海伦(Heron,约公元50年),在数学史上以解决几何测量问题而闻名.在他的著作《度量》一书中,给出了公式①和它的证明,这一公式称为海伦公式.
我国南宋时期数学家秦九韶(约1202—约1261),曾提出利用三角形的三边求面积的秦九韶公式
下面我们对公式②进行变形:
这说明海伦公式与秦九韶实质上是同一个公式,所以我们也称①为海伦—秦九韶公式.
证明过程 ①海伦公式的证明
证明:如图,在△ABC 中,过A 作高AD 交BC 于D,设BD = x ,那么DC = a-x,
由于AD 是△ABD 、△ACD 的公共边,
则h 2=c 2-x 2=b 2-(a-x )2,
解出x 得x=222
c -b +a 2a , 于是h=222
2c -b +a c -2a 2
(), S △ABC 的面积=1ah 2=12a ·222
2c -b +a c -2a 2
(),
即S=12222
22c +a -b c a -22(),
令p=1
2(a+b+c ),
对被开方数分解因式,并整理得到 S=.))()((c p b p a p p --- 得证.
②由海伦公式推导秦九韶公式
秦九韶公式:])2([4122
2
222c b a b a S -+-=.
推导过程:
))()((c p b p a p p ---.。
海伦公式在几何中,已知三边的长,求三角形的面积,我们都知道使用求积公式:△=√[s(s-a)(s-b)(s-c)] 其中s=1/2(a+b+c)这个公式一般称之为海伦公式,因为它是由古希腊的著名数学家海伦首先提出的。
有人认为阿基米德比海伦更早了稳这一公式,但是由于没有克凿的证据而得有到数学界的承认。
诲伦是亚历山大学派后期的代表人物,亚历山大后期,希腊文明遭到了严重的摧残,随着罗马帝国的扩张,希腊处于罗马的统治之下,亚里山的图书馆等被付之以火,这是历史上最大的文化浩动之一。
在罗马统治下,科学技术主要是为阶级的军事征战和一公贵族的奢侈需要服务的,他们讲求实用而轻视理论。
虽然亚历山大城仍然保持着数学中心的地痊,出现了诸如托勒密和丢番图等数学家,但是毕竟无法挽救希腊衰亡的命运。
与此同时,基督都在希腊兴起,基督教的兴起和传播,使得相像在一定历史条件下的科学淹没在宗教的热忱中,从此,希腊数学蒙受了更大的灾难。
到了公元415年,希腊女数学家希帕提亚在街上被疯狂的基督教徒割成碎块,她的学生被迫逃亡,从此,盛极一时的亚历山学派就这样无声无地结束了。
海伦就生活在这样的黑暗统治之中,幸运的是,他生活在亚历山大文明遭到摧残的早期,作为一各杰出的工程师和学者,他有许多发明,在数学、物理、测量等方面都有著作,是一位学识非常渊博的学者。
他注重实际应用。
最著名的贡献就是提出并证明了已知三边求三角形面积的公式。
这个公式出现在他的》几何学《一书中,除此之外,他还研究了正多边形示积法、二次方程求解等问题。
我国宋代的数学家秦九韶也提出了“三斜求积术”。
它与海伦公式基本一样,其实在《九章算术》中,已经有求三角形公式“底乘高的一半”,在实际丈量土地面积时,由于土地的面积并不是的三角形,要找出它来并非易事。
所以他们想到了三角形的三条边。
如果这样做求三角形的面积也就方便多了。
但是怎样根据三边的长度来求三角形的面积直到南亲,我国著名的数学家九韶提出了“三斜求积术”。
秦九韶数学公式推导海伦公式好嘞,以下是为您生成的文章:在数学的奇妙世界里,有两个公式如同两颗璀璨的明珠,一个是秦九韶数学公式,另一个则是海伦公式。
今天咱们就来唠唠,这秦九韶数学公式是怎么推导出海伦公式的。
先来说说秦九韶数学公式。
秦九韶公式是这样的:对于一个三角形,三边分别为 a、b、c,它的面积S = √[s(s - a)(s - b)(s - c)],这里的 s = (a + b + c) / 2 。
再瞅瞅海伦公式,它是说:三角形的面积S = √[p(p - a)(p - b)(p - c)] ,其中 p = (a + b + c) / 2 。
你瞧,这俩公式是不是长得挺像?那它们到底是怎么关联起来的呢?我记得有一次给学生们讲这个知识点的时候,有个小家伙特别较真儿,一直缠着我问到底咋推导的。
我就耐心地给他一步一步地解释。
咱们先从秦九韶公式入手。
s = (a + b + c) / 2 ,那 2s = a + b + c 。
然后把秦九韶公式展开:S² = [s(s - a)(s - b)(s - c)]= s² × (s - a) × (s - b) × (s - c)= [(a + b + c) / 2]² × [(a + b + c) / 2 - a] × [(a + b + c) / 2 - b] × [(a + b + c) / 2 - c]咱们把后面那几个式子化简一下:[(a + b + c) / 2 - a] = (b + c - a) / 2[(a + b + c) / 2 - b] = (a + c - b) / 2[(a + b + c) / 2 - c] = (a + b - c) / 2把这些化简后的式子代回去:S² = [(a + b + c) / 2]² × (b + c - a) / 2 × (a + c - b) / 2 × (a + b - c) / 2这时候,你发现没有,这和海伦公式的形式已经非常接近啦!再把上面式子整理一下,就得到了海伦公式的形式。
秦九韶海伦公式的证明过程嘿,咱今儿来聊聊秦九韶海伦公式的证明过程哈!这可是个相当有意思的玩意儿呢!咱先来说说啥是秦九韶海伦公式。
简单来讲,它就是用来计算三角形面积的一个神奇公式。
你想啊,给你一个三角形,要你算出它的面积,要是没这个公式,那得多费劲呀!但有了它,就像找到了一把钥匙,一下子就能把门打开啦!那它到底是咋证明出来的呢?咱一步一步来看哈。
咱先设三角形的三条边分别为 a、b、c,半周长为 s。
然后呢,就开始捣鼓啦!这证明过程就像是搭积木一样,一块一块往上垒。
你看,先是通过一些巧妙的计算和推导,得出一些中间的式子。
这就好比是先找到合适的积木块。
然后呢,再把这些式子组合起来,就像把积木搭成一个漂亮的城堡。
哇塞,突然之间,秦九韶海伦公式就出现在眼前啦!这就好像变魔术一样神奇,不是吗?你想想,本来毫无头绪的一个问题,通过这么一番操作,就变得清晰明了啦!你说这古人咋就这么聪明呢?他们是咋想到这些的呀?难道他们脑袋里装了个超级计算器不成?其实啊,这都是他们不断思考、不断尝试的结果。
就跟咱平时做事一样,多琢磨琢磨,说不定就能找到好办法呢!而且你发现没,数学这东西,有时候真的很神奇。
一个小小的公式,背后可能蕴含着巨大的智慧和奥秘。
咱再回过头来看看这个秦九韶海伦公式的证明过程,每一步都充满了智慧的火花呀!这就像在黑暗中点亮了一盏盏小灯,最后照亮了整个道路。
咱学习这个证明过程,可不仅仅是为了知道怎么证明,更是要学习古人的那种钻研精神。
遇到问题不退缩,努力去寻找答案。
你说要是咱平时遇到难题都能像古人研究这个公式一样,那还有啥问题解决不了呀?对吧!总之呢,秦九韶海伦公式的证明过程是个非常有趣且充满智慧的东西。
咱可得好好研究研究,说不定还能从中发现更多的宝藏呢!你说是不是呀?嘿嘿!。