海伦公式计算器
结果
面积
- 周长
- 12.0000 cm
- 半周长
- 6.0000 cm
海伦公式计算器要三角形的三条边长,给出它占的面积、绕一圈的周长,以及半周长——周长的一半,也是这条公式围着转的那个量。这一页存在,是因为任何一个真正去量三角形的人都会撞上一个缺口:最直接的那个面积公式「底乘高除以二」要一个高,而高恰恰是用卷尺量不出来的那一样。高是从一个顶点垂直落到对边上的线段,你不拿直角尺顶着三角形就没法贴着它拉尺,而在纸上或在工地上,已知三条边然后收工通常容易得多。海伦公式就是这件事的答案:只要三条边,面积就能出来。它一般记在亚历山大里亚的海伦名下,他在一世纪把它写了下来,是应用数学里比较老的一条结果——它当年就是用来丈量土地的,而土地的三边正是测绳能给出的东西。公式围着半周长写:把半周长记作 s,面积就是「s 乘 s 减 a、乘 s 减 b、乘 s 减 c」再开方。四个因子必须都是正的,答案才是实数,而这不是代数上的偶然——它就是三角形三边关系换了个说法:s 减最长边大于零,当且仅当另外两条边加起来比它长。围不起来的三条边会让根号底下出现负数、根本没有三角形,而本页在那之前就会用一条提示把你拦下,而不是还你一个 NaN。半周长印在面板上而不是藏起来,因为它是拿来与三边比的数:s 不大于最长边,你填进去的三个长度就围不成三角形。
按三条边排列的三角形,从整数边的到退化的那一档
| 边 a(厘米) | 边 b(厘米) | 边 c(厘米) | 半周长(厘米) | 面积(平方厘米) | 周长(厘米) |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 | 4 | 5 | 6 | 6 | 12 |
| 5 | 5 | 6 | 8 | 12 | 16 |
| 6 | 6 | 6 | 9 | 15.5885 | 18 |
| 7 | 8 | 9 | 12 | 26.8328 | 24 |
| 2 | 3 | 4 | 4.5 | 2.9047 | 9 |
| 1 | 1 | 2 | 2 | 0 | 4 |
| 5 | 12 | 13 | 15 | 30 | 30 |
| 9 | 10 | 17 | 18 | 36 | 36 |
八个三角形,第一行是页面打开时的默认值。第五列值得往下读:它只有在第六行——三条边是 1、1、2——才是 0,那时三角形已经压扁成一条直线,而这一档正是页面放行的边界。再往外一步,1、1 和 2.1,就没有三角形了,守卫拦的就是这个。有三行是与旁边几页的对账,三行都从不同的输入落到同一个数上:3、4、5 给出 6,与三角形面积页「底 3、高 4」的 6 相同;6、5、5 给出 12 与周长 16,与等腰三角形页「底 6、腰 5」相同;6、6、6 给出 15.5885,与等边三角形页的边长 6 以及等腰三角形页的「底 6、腰 6」都相同。三页、三种描述、每次同一个面积。最后两行看着像印错、其实不是:5-12-13 的面积是 30、周长也是 30,9-10-17 则是 36 与 36。前者是勾股数,后者不是,这正是「相等只是这两个形状的巧合」的线索——两个数一个是平方厘米一个是厘米,换个单位量就分开了。表中每个数都是构建时从它的三条边重算出来的,单位是厘米,四位小数与结果面板用的是同一个宽度。
公式
s = (a + b + c) ÷ 2 A = √(s(s − a)(s − b)(s − c)) P = a + b + c
- 边 a
- 三条边长中的第一条,单位是厘米。三个框是可以互换的——把哪条叫 a、哪条叫 b,答案一个字都不会变——所以按你量到的顺序填就行
- 边 b
- 第二条边长,单位是厘米。它与另外两条要满足三角形三边关系:每一条边都必须短于另外两条之和,否则这三个长度根本围不起来
- 边 c
- 第三条边长,单位是厘米。最长的那条填进哪个框都无所谓,填完看一眼半周长:它必须比最长边大,这一次比较比把三个和重算一遍都快
- 半周长
- 三角形周长的一半,单位是厘米,也就是三边相加再除以二。它是作为答案印出来的,而不是留在中间步骤里,因为公式就是围着它写的,同时它还兼着一个检查:s 必须大于最长边,三条边才围得起来
- 面积
- 三角形占的平面大小,单位是平方厘米,由半周长乘上它与每条边的三个差、再开方得到。它是唯一一个三个输入都用上的读数:周长只是把它们加起来,半周长只是把和除以二
- 周长
- 绕三角形一圈的长度,单位是厘米,三边相加。它在这里,是因为当其中一个量是另一个的中间步骤时两者最容易混,而周长本身也是买收边、买线条时真正要用的那个数
- √
- 开平方,作用在四个因子的乘积上。几乎每个三角形的面积都是无理数,所以能给出整数的三边——比如 3、4、5 给出 6——是例外而不是常规,值得留意
凡是你量了三条边、没量高的时候都用这一页,而实际动手时这几乎是全部情形。最典型的是地:边界是直的一块地,量地就是量三边,面积直接从三边出来——把不规则的地块切成几个三角形,每个过一遍本页即可。板材是另一种:三角形的角撑、墙角搁板、帆布都是按三条边报价的,而面积决定要用多少料、会加多少重量。做作业时,它是高不好量或者根本落不到图形里时的那条路,钝角三角形就是这种情形:从最宽的那个顶点落下来的垂线掉在对面那条边的延长线上,贴着材料根本量不着。当三角形来自别处时——CAD 导出的、下料单上的、图纸上只标了三条边的——本页也是最省事的一条路,因为既没有东西要换算,也没有东西要重量。两件要留意的。第一,三条边必须围得起来:最长的那条比另外两条之和还长时,三角形不存在,本页会直说而不是给一个数,因为算下去要开负数的平方。第二,真实的测量几乎不会正好卡在等号上。图纸上写着 10、4、6 米的三角形地块不可能是三角形,但同一块地量到厘米会读成 10.01、3.99、6.00,面积会很小——那是算术在告诉你三个点几乎在一条直线上,不是公式失灵了。
算例
三边为 3、4、5
- 周长:3 + 4 + 5 = 12
- 半周长:12 ÷ 2 = 6
- 三个差:6 − 3 = 3,6 − 4 = 2,6 − 5 = 1
- 面积:√(6 × 3 × 2 × 1) = √36 = 6
3-4-5 三角形,工地上放直角用的那一组,也是答案正好是整数最干净的一例。它同时是本页与三角形面积页的对账点:底 3、高 4 在那一页是 6,三条边在这一页也是 6。同一个三角形、两套输入、一个面积。开方开出整数是这一组自己的性质,不是公式的性质——其它绝大多数三边都会留下无理数。
三边为 6、5、5
- 周长:6 + 5 + 5 = 16
- 半周长:16 ÷ 2 = 8
- 三个差:8 − 6 = 2,8 − 5 = 3,8 − 5 = 3
- 面积:√(8 × 2 × 3 × 3) = √144 = 12
底 6、两条腰各 5 的等腰三角形,正是旁边等腰三角形页打开时的默认值,而它给出的也是同一个 12、同一个周长 16。这是本批两处跨页对账里的第二处:等腰那一页从底与腰出发,本页从三条边出发,末位逐位相同。注意半周长 8 比最长边 6 宽裕不少,这就是这三条边围得起来的检查。
三边为 6、6、6
- 周长:6 + 6 + 6 = 18
- 半周长:18 ÷ 2 = 9
- 三个差:9 − 6 = 3,三次都是 3
- 面积:√(9 × 3 × 3 × 3) = √243 = 15.588457…,舍入得 15.5885
等边那一档,也是通向 15.5885 的第三条路:等边三角形页用一条边长 6 得到它,等腰三角形页用「底 6、腰 6」得到它,本页用三条边 6 得到它。三页、三种说法、同一个三角形、同一个面积。√243 就是 9√3,等边那一页写在常数里的根号三,在这里露了出来。
三边为 5、12、13
- 周长:5 + 12 + 13 = 30
- 半周长:30 ÷ 2 = 15
- 三个差:15 − 5 = 10,15 − 12 = 3,15 − 13 = 2
- 面积:√(15 × 10 × 3 × 2) = √900 = 30
一眼会停住的一行:面积 30,周长也是 30。它们不是同一个量,单位也不一样——一个是平方厘米、一个是厘米——只是这一个三角形正好把两个数算成了同一个值。5-12-13 是勾股数,所以它是直角三角形,而直角三角形的三边平方都是整数,因此最容易落到整数上。
三边为 9、10、17
- 周长:9 + 10 + 17 = 36
- 半周长:36 ÷ 2 = 18
- 三个差:18 − 9 = 9,18 − 10 = 8,18 − 17 = 1
- 面积:√(18 × 9 × 8 × 1) = √1296 = 36
第二行面积与周长印同一个数,而这一行不是直角三角形:9 的平方加 10 的平方是 181,17 的平方是 289。所以 36 与 36 相等不是直角带来的,这正是它值得被指出的地方。一张表上两行都这样,恰恰是让第一行看起来像规律的原因,而这一行是它不是规律的证据。
三边为 1、1、2
- 周长:1 + 1 + 2 = 4
- 半周长:4 ÷ 2 = 2
- 三个差:2 − 1 = 1,2 − 1 = 1,2 − 2 = 0
- 面积:√(2 × 1 × 1 × 0) = √0 = 0
正好卡在边界上的一档,而它是被放行的而不是被拒绝的:1 加 1 正好等于 2,两条短边首尾接上,三角形压扁成了一条直线。面积确实是 0,周长确实是 4,所以这里的 0 是正确答案而不是失败。把第三条边改成 2.1,页面就会拒绝,因为那时两条短边够不到一起,三角形不存在。
局限
三个数必须围得成三角形:每条边都短于另外两条之和。围不成时本页会停下来直说,而不给一个数,因为公式会要开负数的平方。最长边正好等于另外两条之和那一档是放行的,给出面积 0——那是压扁成一条线的三角形的诚实答案。读数一律是厘米与平方厘米,与单位下拉框无关,所以按英寸填进去的三条边拿回来的是厘米的答案。四位小数是显示宽度而不是精度声明,而三条量出来的边各自带着误差传进面积——量到毫米的三角形,面积常常在第三位上就已经不确定了,最后那位不该当成有意义的数。海伦公式对很扁的三角形也不友好:当一条边几乎等于另外两条之和时,四个因子里有一个非常小,开方会把测量里本来就有的舍入放大,所以细长条的面积无论印了多少位都该当成近似值。本页是二维的,没有厚度这一栏,所以给不出棱柱的体积或铁板的重量。
常见问题
- 既然有底乘高除以二,为什么还要用这一页?
- 因为高不好量,而三条边好量。高是从顶点垂直落到对边的线段,量它得拿直角尺顶着三角形;钝角三角形的高还会掉到图形外面去,贴着材料根本量不着。沿着三条边拉尺则没有这些麻烦,而海伦公式把这三个读数直接变成面积,中间不需要出现高。如果手上已经有底和高,用三角形面积页,那边的算术更短。
- 半周长是什么,为什么要印出来?
- 它是周长的一半,三边相加再除以二,也是海伦公式围着写的那个量:面积等于「s 乘 s 减 a、乘 s 减 b、乘 s 减 c」再开方。它印出来而不留在中间步骤,是因为它同时兼着一个检查——半周长若不大于最长边,这三条边就围不成三角形,而这一次比较能省掉把三个差算一遍的工夫。
- 三条边围不成三角形时会发生什么?
- 页面会停下来告诉你,而不是给出一个数。三个长度要围得起来,每一条都必须短于另外两条之和;不满足时根号底下的四个因子里会有一个是负的,面积不是实数。提示里会点出最长的那条边和另外两条的和,让你看出差了多少。唯一放行的是正好卡在等号上的那一档:最长边等于另外两条之和,那种三角形确确实实压扁成了一条线,面积 0 是它的真答案。
- 为什么叫海伦公式?
- 因为亚历山大里亚的海伦在一世纪把它记了下来,这使它成为至今仍在日常使用的、比较早的一条结果。它当年是为丈量土地写的——一块地的三条边正是测绳能给出的东西,而高不是。它有时也叫希罗公式,是同一个人名字的另一种译法。
- 有些三角形的面积与周长印出来是同一个数,这是一条规律吗?
- 不是,参考表本身就说明了为什么。5-12-13 的面积是 30、周长也是 30,9-10-17 也一样,都是 36——但它们是不同单位的两个量,平方厘米对厘米,而且相等与否完全取决于长度用的是哪个单位。同一个三角形改用米来量,周长降到百分之一、面积降到万分之一,两个数立刻分家。知道这一点,就不会把这种巧合当成三角形的性质。
- 用卷尺量出来的三条边,算出的面积有多准?
- 比四位小数所暗示的要差,而且在细长的三角形上更差。每一条量出来的边都把自己的不确定度带进那四个因子,而当一条边几乎等于另外两条之和时,其中一个因子会非常小,开方会把本来就在数字里的舍入放大。答案要按测量精度来舍:三边准到毫米,面积大约准到三位有效数字,面板后面再印多少位都不改变这件事。
参考资料
- Heron's formula(海伦公式)——由三角形的三条边长、经半周长求面积,本页算的就是它,条目里含证明与对退化情形的说明 — Wolfram MathWorld(美国)
- Triangle(三角形)——一般情形;条目里的三角形三边关系决定了三个长度能不能围起来,底乘高那条面积公式则是旁边三角形面积页用的 — Wolfram MathWorld(美国)
- Semiperimeter(半周长)——海伦公式围着写的那个「边长之和的一半」,同时也是判断三个长度能不能构成三角形最省事的一道检查 — Wolfram MathWorld(美国)
- 教育部关于印发义务教育课程方案和课程标准(2022 年版)的通知——该通知的附件清单第 5 项是《义务教育数学课程标准(2022 年版)》;三角形的三边关系与面积是义务教育阶段数学课程的内容,课标的原文与学段划分以该附件为准 — 中华人民共和国教育部