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三角形

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三角形
三角形
邊3
頂點3
施萊夫利符號{3}（正三角形時）
鮑爾斯縮寫
（verse-and-dimensions的wikia：Bowers acronym）		trig在维基数据编辑
面積有各種求面積的公式；
見#面積一節
內角和一百八十度

三角形，又稱三邊形，是由三条线段顺次首尾相连，或不共線的三點兩兩連接，所组成的一个闭合的平面几何图形，是最基本和最少邊的多边形。

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 }給角標號，又或者以∠ABC{\displaystyle \angle ABC}這樣的顶点标号来表示。

分类

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以角度分類

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锐角三角形钝角三角形直角三角形
锐角三角形钝角三角形直角三角形

锐角三角形

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銳角三角形的所有內角均為銳角。

钝角三角形

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鈍角三角形是其中一角為鈍角的三角形，其余兩角均小於90°。

直角三角形

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主条目：直角三角形

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「直角邊」（cathetus），直角所对的边是「斜邊」（hypotenuse）；或最長的邊稱為「弦」，底部的一邊稱作「勾」（又作「句」），另一邊稱為「股」。斜邊乘上斜邊上的高÷2=勾股相乘÷2=此直角三角形面積（ch=ab）

三角函数

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主条目：三角函数

直角三角形各邊與角度的關係，可以三角比表示。

以邊長分類

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不等邊三角形等邊三角形等腰三角形
不等邊三角形等邊三角形等腰三角形

不等邊三角形

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主条目：不等邊三角形

三條邊邊長皆不相等的三角形稱為不等邊三角形。

等邊三角形

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主条目：等邊三角形

等邊三角形（又称正三角形），为三边相等的三角形。其三個內角相等，均為60°。它是銳角三角形的一種。设其边长是a{\displaystyle a} ，则其面積公式為a234{\displaystyle {\frac {a^{2}{\sqrt {3}}}{4}}} 。

等邊三角形是正四面體、正八面體和正二十面體這三個正多面體面的形狀。六個边长相同的等邊三角形可以拼成一個正六邊形。

三角形的对边

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对边是指一个角对面的那条边。比如∠A的对边就是BC，∠B的对边就是AC，∠C的对边就是AB。对边测量是全站仪的一种专项测量功能，它可以间接测量两个不可通视点之间的水平距离。该方法设站灵活，操作简单，但它的测量精度没有标注，需要通过计算求得。

等腰三角形

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主条目：等腰三角形
等腰直角三角形只有一種形狀，其中兩个角為45度。

等腰三角形是三条边中有两条边相等（或是其中兩隻內角相等）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。

令其底边是b{\displaystyle b} ，腰是a{\displaystyle a}，则其面積公式為14b4a2−b2{\displaystyle {\frac {1}{4}}{b{\sqrt {4a^{2}-b^{2}}}}}等腰三角形的对应高，角平分线和中线重合。

退化三角形

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参见：退化多邊形 § 退化三角形

退化三角形是指面積為零的三角形。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，這是由於它介乎於三角不等式之間，在一些資料中已否定了其中一條邊等於其餘兩條邊之和的情況。

勒洛三角形

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勒洛三角形（英語：Reuleaux triangle），也譯作萊洛三角形或弧三角形，又被稱為劃粉形或曲邊三角形，是除了圓形以外，最簡單易懂的勒洛多邊形，一個定寬曲線。將一個曲線圖放在兩條平行線中間，使之與這兩平行線相切，則可以做到：無論這個曲線圖如何運動，只要它還是在這兩條平行線內，就始終與這兩條平行線相切。這個定義由十九世紀的德國工程師弗朗茨·勒洛（英语：Franz Reuleaux）命名。

一般性质

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三角不等式

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  • 三角边長不等式
    三角形两边之和大于第三边，两边之差的绝对值小于第三边。如果兩者相等，则是退化三角形。
  • 三角內外角不等式
    三角形任意一个外角大于不相邻的一个内角。

角度

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  • 三角形外角
    三角形兩內角之和，等於第三角的外角。
  • 三角形內角和
    在歐幾里德平面內，三角形的內角和等於180°。

勾股定理

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主条目：勾股定理

勾股定理，又稱畢氏定理或毕达哥拉斯定理。其斷言，若直角三角形的其中一邊c{\displaystyle c} 為斜邊，即c{\displaystyle c} 的對角γ=90∘{\displaystyle \gamma =90^{\circ }} ，則

a2+b2=c2{\displaystyle a^{2}+b^{2}=c^{2}}。

勾股定理的逆定理亦成立，即若三角形滿足

a2+b2=c2{\displaystyle a^{2}+b^{2}=c^{2}}，

則

γ=90∘{\displaystyle \gamma =90^{\circ }}

正弦定理

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主条目：正弦定理

設R{\displaystyle R} 为三角形外接圓半径，則

asin⁡α=bsin⁡β=csin⁡γ=2R{\displaystyle {\frac {a}{\sin \alpha }}={\frac {b}{\sin \beta }}={\frac {c}{\sin \gamma }}=2R}

餘弦定理

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主条目：餘弦定理

對於任意三角形：

a2=b2+c2−2bc⋅cos⁡α,{\displaystyle a^{2}=b^{2}+c^{2}-2bc\cdot \cos \alpha ,}
b2=a2+c2−2ac⋅cos⁡β,{\displaystyle b^{2}=a^{2}+c^{2}-2ac\cdot \cos \beta ,}
c2=a2+b2−2ab⋅cos⁡γ.{\displaystyle c^{2}=a^{2}+b^{2}-2ab\cdot \cos \gamma .}

勾股定理是本定理的特殊情况，即当角α=90∘{\displaystyle \alpha =90^{\circ }\,} 时，cos⁡α=0{\displaystyle \cos \alpha =0} ，于是a2=b2+c2−2bc⋅cos⁡α{\displaystyle a^{2}=b^{2}+c^{2}-2bc\cdot \cos \alpha } 化简为a2=b2+c2{\displaystyle a^{2}=b^{2}+c^{2}} 。

全等及相似

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全等三角形

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主条目：全等三角形

三角形具有穩定性，若二個三角形有以下的邊角關係確定後，它的形狀、大小就不會改變，二個三角形即為全等三角形。全等三角形的判斷準則有以下幾種：

  • SSS（Side-Side-Side，邊、邊、邊）：各三角形的三條邊的長度都對應地相等。
  • SAS（Side-Angle-Side，邊、角、邊）：各三角形的其中兩條邊的長度都對應地相等，且兩條邊夾著的角都對應地相等。
  • ASA（Angle-Side-Angle，角、邊、角）：各三角形的其中兩個角都對應地相等，且兩個角夾著的邊都對應地相等。
  • RHS（Right Angle-Hypotenuse-Side，直角、斜邊、邊）：在直角三角形中，斜邊及一條直角邊對應地相等。[1][註 1]
  • AAS（Angle-Angle-Side，角、角、邊）：各三角形的其中兩個角都對應地相等，且其中一組對應角的對邊也對應地相等。

SSA（Side-Side-Angle、邊、邊、角）不能保证两个三角形全等，除非該角大於等於90°，此時可以保證全等。[2]:34[3]

相似三角形

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  • AA（Angle-Angle，角、角）：各三角形的其中兩個角的都對應地相等。（或稱AAA（Angle-Angle-Angle，角、角、角））
  • 三邊成比例（3 sides proportional）：各三角形的三條邊的長度都成同一比例。
  • 兩邊成比例且夾角相等（ratio of 2 sides, inc.∠）：各三角形的兩條邊之長度都成同一比例，且兩條邊之夾角都對應地相等。（或稱 2 sides proportional, inc. ∠ equal）

特殊線段

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三角形中有著一些特殊線段，是三角形研究的重要對象。

  • 中線（median）：三角形一边中点与这边所对頂点的连线段。
  • 高线（altitude）：从三角形一个顶点向它的对边所作的垂线段。
  • 角平分线（angle bisector）：平分三角形一角、一个端点在这一角的对边上的线段。
  • 垂直平分線（perpendicular bisector）：通過三角形一边中点与該边所垂直的线段，又稱中垂线。

以上特殊線段，每個三角形均有三條，且三線共點。

中线长度

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设在ΔABC{\displaystyle \Delta ABC\,}中，若三边a{\displaystyle a}、b{\displaystyle b}、c{\displaystyle c\,}的中線分别为ma{\displaystyle m_{a}}、mb{\displaystyle m_{b}}、mc{\displaystyle m_{c}}，则：

ma=12b2+12c2−14a2{\displaystyle m_{a}={\sqrt {{\frac {1}{2}}b^{2}+{\frac {1}{2}}c^{2}-{\frac {1}{4}}a^{2}}}}
mb=12a2+12c2−14b2{\displaystyle m_{b}={\sqrt {{\frac {1}{2}}a^{2}+{\frac {1}{2}}c^{2}-{\frac {1}{4}}b^{2}}}}
mc=12a2+12b2−14c2{\displaystyle m_{c}={\sqrt {{\frac {1}{2}}a^{2}+{\frac {1}{2}}b^{2}-{\frac {1}{4}}c^{2}}}}

高线长度

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设在ΔABC{\displaystyle \Delta ABC\,}中，連接三个顶点A{\displaystyle A}、B{\displaystyle B}、C{\displaystyle C}上的高分別记作ha{\displaystyle h_{a}}、hb{\displaystyle h_{b}}、hc{\displaystyle h_{c}}，則：

ha=2s(s−a)(s−b)(s−c)a{\displaystyle h_{a}={\frac {2{\sqrt {s(s-a)(s-b)(s-c)}}}{a}}}
hb=2s(s−a)(s−b)(s−c)b{\displaystyle h_{b}={\frac {2{\sqrt {s(s-a)(s-b)(s-c)}}}{b}}}
hc=2s(s−a)(s−b)(s−c)c{\displaystyle h_{c}={\frac {2{\sqrt {s(s-a)(s-b)(s-c)}}}{c}}}

其中s=a+b+c2{\displaystyle s={\frac {a+b+c}{2}}} 。

角平分线长度

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设在ΔABC{\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ta{\displaystyle t_{a}}、tb{\displaystyle t_{b}}、tc{\displaystyle t_{c}}，则：

ta=1b+c(b+c+a)(b+c−a)bc{\displaystyle t_{a}={\frac {1}{b+c}}{\sqrt {\left(b+c+a\right)\left(b+c-a\right)bc}}}
tb=1a+c(a+c+b)(a+c−b)ac{\displaystyle t_{b}={\frac {1}{a+c}}{\sqrt {\left(a+c+b\right)\left(a+c-b\right)ac}}}
tc=1a+b(a+b+c)(a+b−c)ab{\displaystyle t_{c}={\frac {1}{a+b}}{\sqrt {\left(a+b+c\right)\left(a+b-c\right)ab}}}

三角形的心

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三角形的內心(Incenter) 、外心(Circumcenter)、垂心(Orthocenter) 及形心(Centroid)稱為三角形的四心，定義如下：

名称定义图示备注
內心三个內角的角平分线的交點該點為三角形內切圓的圓心。
外心三條邊的中垂線的交點該點為三角形外接圓的圓心。
垂心三条高线的交點
形心（重心）三条中线的交點被交点划分的线段比例为1:2（靠近角的一段较长）。

关于三角形的四心，有这样的一首诗：

“內心全靠角平分，

外心中點垂線伸，
垂心垂直畫三高，
形心角連線中心。

”

垂心（蓝）、形心（黄）和外心（绿）能連成一線，且成比例1:2，稱為歐拉線，與九點圓的圓心（紅）四點共線，為垂心和形心線段的中點。

連同以下的旁心，合稱為三角形的五心：

名称定义图示备注
旁心外角的角平分线的交點有三个，为三角形某一边上的旁切圆的圆心。

外接圆和内切圆半径

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設外接圆半径為R{\displaystyle R} ， 内切圆半径為r{\displaystyle r} ，則：

R=abc(a+b+c)(b+c−a)(a+c−b)(a+b−c)=abc4△{\displaystyle R={\frac {abc}{\sqrt {\left(a+b+c\right)\left(b+c-a\right)\left(a+c-b\right)\left(a+b-c\right)}}}={\frac {abc}{4\triangle }}}
r=(a+b+c)(b+c−a)(a+c−b)(a+b−c)2(a+b+c)=△s{\displaystyle r={\frac {\sqrt {\left(a+b+c\right)\left(b+c-a\right)\left(a+c-b\right)\left(a+b-c\right)}}{2\left(a+b+c\right)}}={\frac {\triangle }{s}}}

其中△{\displaystyle \triangle }為三角形面積；s{\displaystyle s}為三角形半周長，s=a+b+c2{\displaystyle s={\frac {a+b+c}{2}}}

面積

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基本公式

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三角形的面積A{\displaystyle A} 是底邊b{\displaystyle b} 與高h{\displaystyle h} 乘積的一半，即：

A=12bh{\displaystyle A={\frac {1}{2}}bh}，

其中的高是指底邊與對角的垂直距離。

證明
三角形的面積可表示為一長方形面積的一半。

從右圖可知，將兩個全等三角形相拼，可得一平行四邊形。而將該平行四邊形分割填補，正好能得到一個面積等於bh{\displaystyle bh} 的長方形。因此原來的三角形面積為

A=12bh{\displaystyle A={\frac {1}{2}}bh}。

證畢。

已知兩邊及其夾角

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設a{\displaystyle a}b{\displaystyle b} 為已知的兩邊，γ{\displaystyle \gamma } 為該兩邊的夾角，則三角形面積是：

A=12absin⁡γ{\displaystyle A={\frac {1}{2}}ab\sin {\gamma }}。
證明
三角形的高h能以正弦的定義表示。

觀察右圖，根據正弦的定義：

sin⁡γ=ha{\displaystyle \sin \gamma ={\frac {h}{a}}}。

因此：

h=asin⁡γ{\displaystyle h=a\sin \gamma }。

將此式代入基本公式，可得：

A=12b(asin⁡γ)=12absin⁡γ{\displaystyle A={\frac {1}{2}}b(a\sin \gamma )={\frac {1}{2}}ab\sin {\gamma }}。

證畢。

已知兩角及其夾邊

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β{\displaystyle \beta } 、γ{\displaystyle \gamma } 為已知的兩角，a{\displaystyle a} 為該兩角的夾邊，則三角形面積是：

A=a2sin⁡βsin⁡γ2sin⁡(β+γ){\displaystyle A={\frac {a^{2}\sin \beta \sin \gamma }{2\sin(\beta +\gamma )}}}。
證明
三角形的面積能從兩角及其夾邊求得。

從正弦定理可知：

bsin⁡β=asin⁡αb=asin⁡βsin⁡α{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {b}{\sin \beta }}&={\frac {a}{\sin \alpha }}\\b&={\frac {a\sin \beta }{\sin \alpha }}\\\end{aligned}}}

代入A=12absin⁡γ{\displaystyle A={\frac {1}{2}}ab\sin \gamma } ，得：

A=a2sin⁡βsin⁡γ2sin⁡α{\displaystyle A={\frac {a^{2}\sin \beta \sin \gamma }{2\sin \alpha }}}。

注意到α+β+γ=180∘{\displaystyle \alpha +\beta +\gamma =180^{\circ }}，因此：

A=a2sin⁡βsin⁡γ2sin⁡[180∘−(β+γ)]=a2sin⁡βsin⁡γ2sin⁡(β+γ){\displaystyle {\begin{aligned}A&={\frac {a^{2}\sin \beta \sin \gamma }{2\sin[180^{\circ }-(\beta +\gamma )]}}\\&={\frac {a^{2}\sin \beta \sin \gamma }{2\sin(\beta +\gamma )}}\\\end{aligned}}}

證畢。

已知三邊長

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海倫公式，其表示形式為：

A=s(s−a)(s−b)(s−c){\displaystyle A={\sqrt {s\left(s-a\right)\left(s-b\right)\left(s-c\right)}}}，

其中s{\displaystyle s} 等於三角形的半周長，即：

s=a+b+c2{\displaystyle s={\frac {a+b+c}{2}}}

秦九韶亦求過類似的公式，稱為三斜求積法：

A=14[c2a2−(c2+a2−b22)2]{\displaystyle A={\sqrt {{\frac {1}{4}}{\left[c^{2}a^{2}-\left({\frac {c^{2}+a^{2}-b^{2}}{2}}\right)^{2}\right]}}}}

也有用幂和来表示的公式：

A=14(a2+b2+c2)2−2(a4+b4+c4)=142(a2b2+b2c2+a2c2)−(a4+b4+c4){\displaystyle {\begin{aligned}A&={\frac {1}{4}}{\sqrt {(a^{2}+b^{2}+c^{2})^{2}-2(a^{4}+b^{4}+c^{4})}}\\&={\frac {1}{4}}{\sqrt {2(a^{2}b^{2}+b^{2}c^{2}+a^{2}c^{2})-(a^{4}+b^{4}+c^{4})}}\\\end{aligned}}}[註 2]
證明

將海倫公式略為變形，知

16A2=[(a+b)+c][(a+b)−c]×[c+(a−b)][c−(a−b)]{\displaystyle 16A^{2}=[(a+b)+c][(a+b)-c]\times [c+(a-b)][c-(a-b)]}

多次使用平方差公式，得

16A2=[(a+b)2−c2]×[c2−(a−b)2]=[2ab+(a2+b2−c2)]×[2ab−(a2+b2−c2)]=(2ab)2−(a2+b2−c2)2=4a2b2−(a4+b4+c4+2a2b2−2b2c2−2a2c2)=(2a2b2+2b2c2+2a2c2)−(a4+b4+c4)=2(a2b2+b2c2+a2c2)−(a4+b4+c4){\displaystyle {\begin{aligned}16A^{2}&=[(a+b)^{2}-c^{2}]\times [c^{2}-(a-b)^{2}]\\&=[2ab+(a^{2}+b^{2}-c^{2})]\times [2ab-(a^{2}+b^{2}-c^{2})]\\&=(2ab)^{2}-(a^{2}+b^{2}-c^{2})^{2}\\&=4a^{2}b^{2}-(a^{4}+b^{4}+c^{4}+2a^{2}b^{2}-2b^{2}c^{2}-2a^{2}c^{2})\\&=(2a^{2}b^{2}+2b^{2}c^{2}+2a^{2}c^{2})-(a^{4}+b^{4}+c^{4})\\&=2(a^{2}b^{2}+b^{2}c^{2}+a^{2}c^{2})-(a^{4}+b^{4}+c^{4})\\\end{aligned}}}

等號兩邊開根號，再同除以4，得

A=142(a2b2+b2c2+a2c2)−(a4+b4+c4)=14(a2+b2+c2)2−2(a4+b4+c4){\displaystyle {\begin{aligned}A&={\frac {1}{4}}{\sqrt {2(a^{2}b^{2}+b^{2}c^{2}+a^{2}c^{2})-(a^{4}+b^{4}+c^{4})}}\\&={\frac {1}{4}}{\sqrt {(a^{2}+b^{2}+c^{2})^{2}-2(a^{4}+b^{4}+c^{4})}}\\\end{aligned}}}

亦可用Cayley–Menger行列式表示的公式：

16⋅A2=−|0a2b21a20c21b2c2011110|{\displaystyle 16\cdot A^{2}=-{\begin{vmatrix}0&a^{2}&b^{2}&1\\a^{2}&0&c^{2}&1\\b^{2}&c^{2}&0&1\\1&1&1&0\\\end{vmatrix}}}

基於海伦公式在三角形擁有非常小的角度時並不數值穩定，有一個變化的計法。設a≥b≥c{\displaystyle a\geq b\geq c} ，三角形面積為：

A=14[a+(b+c)][c−(a−b)][c+(a−b)][a+(b−c)]{\displaystyle A={\frac {1}{4}}{\sqrt {[a+(b+c)][c-(a-b)][c+(a-b)][a+(b-c)]}}}。
證明

設a{\displaystyle a} 、b{\displaystyle b}、c{\displaystyle c}為三角形三條邊，α{\displaystyle \alpha } 、β{\displaystyle \beta } 、γ{\displaystyle \gamma } 為相應邊的對角。從餘弦定理可知：

cos⁡γ=a2+b2−c22ab{\displaystyle \cos \gamma ={\frac {a^{2}+b^{2}-c^{2}}{2ab}}}

以畢氏三角恆等式可得：

sin⁡γ=1−cos2⁡γ=4a2b2−(a2+b2−c2)22ab{\displaystyle \sin \gamma ={\sqrt {1-\cos ^{2}\gamma }}={\frac {\sqrt {4a^{2}b^{2}-(a^{2}+b^{2}-c^{2})^{2}}}{2ab}}}。

將此式代入A=12absin⁡γ{\displaystyle A={\frac {1}{2}}ab\sin {\gamma }}，得：

A=144a2b2−(a2+b2−c2)2{\displaystyle A={\frac {1}{4}}{\sqrt {4a^{2}b^{2}-(a^{2}+b^{2}-c^{2})^{2}}}}。

因式分解及簡化後可得：

A=14(a+b+c)(a+b−c)(a+c−b)(b+c−a){\displaystyle A={\frac {1}{4}}{\sqrt {\left(a+b+c\right)\left(a+b-c\right)\left(a+c-b\right)\left(b+c-a\right)}}}

代入s=a+b+c2{\displaystyle s={\frac {a+b+c}{2}}}，即可證畢。

已知坐标系中三顶点坐标

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由(x1,y1){\displaystyle (x_{1},y_{1})} 、(x2,y2){\displaystyle (x_{2},y_{2})} 及(x3,y3){\displaystyle (x_{3},y_{3})} 三个顶点构成的三角形，其面积可用行列式的絕對值表示：

A=12||x1y11x2y21x3y31||{\displaystyle A={\frac {1}{2}}\left|{\begin{vmatrix}x_{1}&y_{1}&1\\x_{2}&y_{2}&1\\x_{3}&y_{3}&1\end{vmatrix}}\right|}
證明

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。

若三個頂點設在三維坐標系上，即由(x1,y1,z1){\displaystyle (x_{1},y_{1},z_{1})} 、(x2,y2,z2){\displaystyle (x_{2},y_{2},z_{2})} 及(x3,y3,z3){\displaystyle (x_{3},y_{3},z_{3})} 三个顶点构成三角形，其面積等於各自在主平面上投影面積的畢氏和，即：

A=12|x1y11x2y21x3y31|2+|y1z11y2z21y3z31|2+|z1x11z2x21z3x31|2{\displaystyle A={\frac {1}{2}}{\sqrt {{\begin{vmatrix}x_{1}&y_{1}&1\\x_{2}&y_{2}&1\\x_{3}&y_{3}&1\end{vmatrix}}^{2}+{\begin{vmatrix}y_{1}&z_{1}&1\\y_{2}&z_{2}&1\\y_{3}&z_{3}&1\end{vmatrix}}^{2}+{\begin{vmatrix}z_{1}&x_{1}&1\\z_{2}&x_{2}&1\\z_{3}&x_{3}&1\end{vmatrix}}^{2}}}}

已知周界及內切圓或外接圓半徑

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設三角形三邊邊長分別為a{\displaystyle a} 、b{\displaystyle b} 及c{\displaystyle c} ，三角形半周長（a+b+c2{\displaystyle {\frac {a+b+c}{2}}} ）為s{\displaystyle s} ，內切圓半徑為r{\displaystyle r}，則：

A=sr{\displaystyle A=sr}

若設外接圓半徑為R{\displaystyle R} ，則：

A=abc4R{\displaystyle A={\frac {abc}{4R}}}
證明

內切圓半徑公式

三角形被三條角平分線分成三分。

根據右圖，設AB¯=c{\displaystyle {\overline {AB}}=c} ，AC¯=b{\displaystyle {\overline {AC}}=b} ，BC¯=a{\displaystyle {\overline {BC}}=a} ，則三角形面積可表示為：

A=12ar+12br+12cr=r(a+b+c)2=rs{\displaystyle {\begin{aligned}A&={\frac {1}{2}}ar+{\frac {1}{2}}br+{\frac {1}{2}}cr\\&={\frac {r(a+b+c)}{2}}\\&=rs\end{aligned}}}

外接圓半徑公式

根據正弦定理：

csin⁡γ=2Rsin⁡γ=c2R{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {c}{\sin \gamma }}&=2R\\\sin \gamma &={\frac {c}{2R}}\\\end{aligned}}}

因此：

A=12absin⁡γ=12ab(c2R)=abc4R{\displaystyle {\begin{aligned}A&={\frac {1}{2}}ab\sin \gamma \\&={\frac {1}{2}}ab\left({\frac {c}{2R}}\right)\\&={\frac {abc}{4R}}\end{aligned}}}

已知兩邊向量

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設從一角出發，引出兩邊的向量為a{\displaystyle \mathbf {a} } 及b{\displaystyle \mathbf {b} } ，三角形的面積為：

A=12|a×b|{\displaystyle A={\frac {1}{2}}|\mathbf {a} \times \mathbf {b} |}
證明

根據向量積定義，|a×b|=|a||b|sin⁡γ{\displaystyle |\mathbf {a} \times \mathbf {b} |=|\mathbf {a} ||\mathbf {b} |\sin \gamma }，其中γ{\displaystyle \gamma } 是兩支向量的夾角。

因此：

12|a×b|=12|a||b|sin⁡γ=A{\displaystyle {\frac {1}{2}}|\mathbf {a} \times \mathbf {b} |={\frac {1}{2}}|\mathbf {a} ||\mathbf {b} |\sin \gamma =A}

證畢。

半角定理

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在三角形ABC{\displaystyle ABC\,}中，三个角的半角的正切和三边有如下关系：

tan⁡A2=(a+c−b)(a+b−c)(a+b+c)(b+c−a)tan⁡B2=(a+b−c)(b+c−a)(a+b+c)(a+c−b)tan⁡C2=(b+c−a)(a+c−b)(a+b+c)(a+b−c){\displaystyle {\begin{aligned}\tan {\frac {A}{2}}&={\sqrt {\dfrac {(a+c-b)(a+b-c)}{(a+b+c)(b+c-a)}}}\\\tan {\frac {B}{2}}&={\sqrt {\dfrac {(a+b-c)(b+c-a)}{(a+b+c)(a+c-b)}}}\\\tan {\frac {C}{2}}&={\sqrt {\dfrac {(b+c-a)(a+c-b)}{(a+b+c)(a+b-c)}}}\\\end{aligned}}}
證明

以正弦及餘弦之比表示正切：

tan⁡A2=sin⁡A2cos⁡A2{\displaystyle \tan {\frac {A}{2}}={\frac {\sin {\frac {A}{2}}}{\cos {\frac {A}{2}}}}}

因为

sin⁡A2>0{\displaystyle \sin {\frac {A}{2}}>0}
tan⁡A2>0{\displaystyle \tan {\frac {A}{2}}>0}

所以

sin⁡A2=1−cos⁡A2=12(1−b2+c2−a22bc){\displaystyle \sin {\frac {A}{2}}={\sqrt {\frac {1-\cos {A}}{2}}}={\sqrt {{\frac {1}{2}}\left(1-{\frac {b^{2}+c^{2}-a^{2}}{2bc}}\right)}}}
=a2−(b−c)24bc{\displaystyle ={\sqrt {\frac {a^{2}-{\left(b-c\right)}^{2}}{4bc}}}}
=(a+b−c)(a+c−b)4bc{\displaystyle ={\sqrt {\frac {\left(a+b-c\right)\left(a+c-b\right)}{4bc}}}}

而

cos⁡A2=1+cos⁡A2=12(1+b2+c2−a22bc){\displaystyle \cos {\frac {A}{2}}={\sqrt {\frac {1+\cos {A}}{2}}}={\sqrt {{\frac {1}{2}}\left(1+{\frac {b^{2}+c^{2}-a^{2}}{2bc}}\right)}}}
=(b+c)2−a24bc{\displaystyle ={\sqrt {\frac {{\left(b+c\right)}^{2}-a^{2}}{4bc}}}}
=(b+c+a)(b+c−a)4bc{\displaystyle ={\sqrt {\frac {\left(b+c+a\right)\left(b+c-a\right)}{4bc}}}}

所以

tan⁡A2=sin⁡A2cos⁡A2=(a+b−c)(a+c−b)4bc(b+c+a)(b+c−a)4bc=(a+b−c)(a+c−b)(b+c+a)(b+c−a){\displaystyle {\begin{aligned}\tan {\frac {A}{2}}&={\frac {\sin {\frac {A}{2}}}{\cos {\frac {A}{2}}}}\\&={\frac {\sqrt {\cfrac {(a+b-c)(a+c-b)}{4bc}}}{\sqrt {\cfrac {(b+c+a)(b+c-a)}{4bc}}}}\\&={\sqrt {\frac {(a+b-c)(a+c-b)}{(b+c+a)(b+c-a)}}}\end{aligned}}}

同理可得

tan⁡B2=(a+b−c)(b+c−a)(a+b+c)(a+c−b){\displaystyle \tan {\frac {B}{2}}={\sqrt {\dfrac {(a+b-c)(b+c-a)}{(a+b+c)(a+c-b)}}}}
tan⁡C2=(b+c−a)(a+c−b)(a+b+c)(a+b−c){\displaystyle \tan {\frac {C}{2}}={\sqrt {\dfrac {(b+c-a)(a+c-b)}{(a+b+c)(a+b-c)}}}}

其他有关三角形的定理

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註釋

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  1. ^聯合SAS性質，可得「兩個直角三角形只要任兩邊（兩股，或一股一斜邊）對應地相等，即全等」。
  2. ^應用實例，如外森比克不等式的證明

參考資料

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  1. ^P.F.Man,C.M.Yeung,K.H.Yeung,Y.F.Kwok,H.Y.Cheung,MATHEMATICS in Action SECOND EDITION 1B (Published by Longman Hong Kong Education): pp:9.25
  2. ^黃德華.「課堂學習研究」提升「本科知識」和「教學內容知識」之探究：判定「全等三角形」新發現. 臺灣數學教師. 2016,37 (2): 17–49 [2022-01-26].doi:10.6610/TJMT.20160629.01. （原始内容存档于2022-01-26）.⋯⋯SSO（O 是一鈍角）也是判断全等三角形的正確條件 
  3. ^Mironychev, Alexander F.SAS and SSA Conditions for Congruent Triangles. Journal of Mathematics and System Science. 2018,8 (2): 59–66 [2022-01-26].doi:10.17265/2159-5291/2018.02.003. （原始内容存档于2022-01-26）. 

參看

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维基共享资源上的相关多媒体资源：三角形
几何学术语
点
直线和曲线
平面圖形
立體圖形
曲面
高維空間
圖形關係
三角形關係
量
作圖
分支
理論
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11–20邊
21–100邊
（部分的）
>100邊
複多邊形
其他
星形多邊形
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