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【趣味數(shù)學(xué)題】 三角形的內(nèi)接圓

2021-07-01 22:06 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

鄭濤 (Tao Steven Zheng) 著

【問題】

此問題選自會田安明(Aida Yasuaki,1747 年 - 1817 年)《算法天生法指南》(1811):

假設(shè)一個圓內(nèi)接在一個邊長為13、14、15的三角形中。問:內(nèi)接圓的直徑是多少?


【題解】

(1)用 “海倫公式” 或 秦九韶的 “三斜求積術(shù)” 公式 來計算三角形的面積。

?海倫公式

海倫(Heron of Alexandria,約公元 10 年 - 70 年)在《度量論》(Metrica)卷一給出:

A%3D%5Csqrt%7Bs(s-a)(s-b)(s-c)%20%7D%20

其中 A 為三角形的面積, a、 b、 c 分別為三角形的邊長和 s%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20(a%2Bb%2Bc) 為半周長(semi-perimeter)。

s%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%20(13%2B14%2B15)%20%3D%2021%0A%0A%0A

A%3D%5Csqrt%7B21(21-13)(21-14)(21-15)%7D%20%0A%0A%0A

A%20%3D%20%5Csqrt%7B21%C3%978%C3%977%C3%976%7D%20%3D%2084

秦九紹的“三斜求積術(shù)”

秦九紹(1202—1261)在《數(shù)書九章》卷五“田域類”第二問給出:

A%3D%5Csqrt%7B%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%5Cleft%5Ba%5E2%20c%5E2-%20%5Cleft(%5Cfrac%7Ba%5E2%2Bc%5E2-b%5E2%7D%7B2%7D%20%5Cright)%5E2%20%5Cright%5D%7D%20

其中 A?為三角形的面積, a 為小斜邊長, b?為中斜邊長,? c ?為大斜邊長。

A%3D%5Csqrt%7B%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20%5Cleft%5B(13)%5E2%20(15)%5E2-%5Cleft(%5Cfrac%7B13%5E2%2B15%5E2-14%5E2%7D%7B2%7D%20%5Cright)%5E2%20%5Cright%5D%7D%20%3D%2084

?

(2)

圖1


如圖1所示,%E2%96%B3ABC?可分為三個三角形: %E2%96%B3OAB, ?%E2%96%B3OAC%20 and %E2%96%B3OBC。因此, %E2%96%B3ABC 的面積是

%7BA%7D_%7B%E2%96%B3ABC%7D%20%3D%20%7BA%7D_%7B%E2%96%B3OAB%7D%20%2B%20%7BA%7D_%7B%E2%96%B3OAC%7D%20%2B%20%7BA%7D_%7B%E2%96%B3OBC%7D

其中

%7BA%7D_%7B%E2%96%B3OAB%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20OD%5Ccdot%20AB

%7BA%7D_%7B%E2%96%B3OAC%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20OE%5Ccdot%20AC

%7BA%7D_%7B%E2%96%B3OBC%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20OF%5Ccdot%20BC


因為線段 OD、 OE、?OF 都是圓的半徑, 所以 OD%3DOE%3DOF%3Dr。然后設(shè) AB%3Da、 AC%3Db、 BC%3Dc.

因此,

?%7BA%7D_%7B%E2%96%B3ABC%7D%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ra%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20rb%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Drc

%7BA%7D_%7B%E2%96%B3ABC%7D%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20r%EF%BC%88a%2Bb%2Bc%EF%BC%89

因為半徑是直徑的一半,

%7BA%7D_%7B%E2%96%B3ABC%7D%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B4%7D%20d%EF%BC%88a%2Bb%2Bc%EF%BC%89

因此,內(nèi)接圓的直徑為

d%3D%5Cfrac%7B4%5Ctimes%20%7BA%7D_%7B%E2%96%B3ABC%7D%7D%7Ba%2Bb%2Bc%7D%20

d%3D%5Cfrac%7B4%5Ctimes%2084%7D%7B13%2B14%2B15%7D%20

d%3D8



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