正弦定理计算器
结果
解的个数(1 或 2)
- 角 B
- 41.81 °
- 角 C
- 108.19 °
- 边 c
- 11.40 cm
正弦定理计算器由两边与其中一边的对角解三角形,并且先告诉你这些条件能定出几个三角形,再动手把其中一个算出来。这条定理的公式说的是:任意三角形里,一条边与它对面的角的正弦之比,三组都相等——一个数,整个三角形共用。抓住这一点就能绕着图形走一圈:知道一条边与它对面的角,这个比值就定下来了,其余的边和角都能从它换出来。本页与隔壁余弦定理那一页的分别不在代数上,而在动手之前多出来的那个问题。三边能把三角形完全定死,两边与它们的夹角也能;两边与一个不是夹在中间的角却不能。原因是那个角定下了其中一条边的方向,却没有定下另一条边往哪边摆,而第二条边有两种收拢图形的办法——往后靠、早早与底边相交,得到一个小三角形;往前摆、交得更远,得到一个更大的、把原来那个锐角换成钝角的三角形。两个解是不是都留得下,取决于第二条边够不够长。太短,一个三角形都没有,本页直接说明。正好够到——垂直落在第三条边上——只有一个,而且是个直角三角形。比这个长度长、又比第一条边短,就有两个。比第一条边还长,位置已经摆过了还能合拢的那一段,三角形被定死,又只剩一个。所以本页先判别解的个数:这些条件允许几个三角形,然后是其中较小的那个角对应的那一个的各个量。完整的一套解——包括有钝角伙伴时的那一个——都在下面的参考表里。
七组条件,以及每一组能给出的三角形
| 边 a(厘米) | 角 A(度) | 边 b(厘米) | 解的个数 | 角 B(度) | 角 C(度) | 边 c(厘米) | 另一个角 B(度) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6 | 30 | 8 | 2 | 41.81 | 108.19 | 11.4 | 138.19 |
| 5 | 45 | 7 | 2 | 81.87 | 53.13 | 5.66 | 98.13 |
| 7 | 50 | 8 | 2 | 61.1 | 68.9 | 8.53 | 118.9 |
| 7 | 35 | 10 | 2 | 55.02 | 89.98 | 12.2 | 124.98 |
| 8 | 30 | 6 | 1 | 22.02 | 127.98 | 12.61 | — |
| 10 | 60 | 9 | 1 | 51.21 | 68.79 | 10.76 | — |
| 9 | 20 | 4 | 1 | 8.74 | 151.26 | 12.65 | — |
每一行都是本页算过的一个例子,用的算法与结果面板完全相同,所以把一行拿出来对着上面的输入框核对,会逐位一致。前四行有两个解——这几行里第二条边都比第一条长,所以往哪一侧摆都能合拢——后三行只有一个解。个数那一列往下读,「答案不再是一个选择」这件事就发生在某一行的边界上。解的个数为 2 时要看的是最后一列:它给出角 B 的钝角伙伴,也就是第二个三角形用来替换锐角的那个角,而它的第三个角相应很小——第一行只有 11.81 度,而面板报的是 108.19 度。只有一个解的那些行里,这一列印的是破折号,因为没有被点名的第二个角;写破折号而不是写零,是因为那个钝角本身总是存在的,不存在的只是用它的那个三角形。
公式
a ÷ sin A = b ÷ sin B = c ÷ sin C sin B = b · sin A ÷ a C = 180° − A − B c = a · sin C ÷ sin A
- a 与 A
- 已知的一条边与它对面的角。这两个是定下整个三角形比值的两个量,缺了它们这条定理无从下手
- b
- 已知的第二条边。解的个数由它决定:整个「可能有两个解」的情形,说的就是它的长度与 a 谁长谁短
- B
- b 对面的角。由比值取反正弦,得到的永远是零到九十度之间的那个锐角;当它的钝角伙伴也放得进一个平角时,就有第二个三角形用那个角
- C 与 c
- 第三个角与第三条边,都要等 B 定下来之后才算:角由一百八十度减掉另外两个得到,边用同一个比值换出来
手里是两条边与一个不是夹在中间的角时用它:两个方位角加一段隔水相望的距离、导线测量里角在远端的那两条边,都是这种形状。它是余弦定理接不顺手的唯一一种边角组合,也是唯一一种答案可能是「选择」而不是「量值」的组合——所以本页先给解的个数。如果条件允许两个三角形,除了边长还要看角:测的人通常知道面前那个角是尖的还是钝的,这一件事就足以定下是哪一个。已知三边、或者已知两边与它们的夹角,去余弦定理那一页,那边没有二义性。只解一个直角三角形,去直角三角形那一页更快。
算例
两边与一个张得开的角度:6、三十度、8
- 共用的比值是 a 除以 A 的正弦,也就是 6 除以 0.5,等于 12
- B 的正弦是 b 除以这个比值,8 除以 12,等于 0.6667
- 正弦为 0.6667 的角是 41.81 度;而它的补角 138.19 度有同样的正弦,两个都是候选
- 角 C 是一个平角剩下的部分:180 减 30 减 41.81 等于 108.19
- 边 c 用同一个比值换出来,12 乘以 108.19 度的正弦,等于 11.4
页面打开时就是这组条件,也是「可能有两个解」最标准的图:第二条边比第一条长,所以它往哪一侧摆都能合拢,两个三角形都成立。下面四个读数描述的是用锐角 B 那个三角形——第二条边往后靠的那一个。另一个三角形用的是 41.81 度的钝角伙伴,也就是 138.19 度,它排在下面那张表最后一列;那个三角形的第三个角只有 11.81 度,而不是这里印的 108.19 度。两个都是同一组条件的正确答案。
同一个角、第二条边短一些:8、三十度、6
- 共用的比值是 8 除以三十度的正弦,等于 16
- B 的正弦是 6 除以 16,等于 0.375
- 正弦为 0.375 的角是 22.02 度;它的补角 157.98 度再加上 A 的三十度已经超过一个平角,放不下,所以只有锐角那个解成立
- 角 C 是 180 减 30 减 22.02,等于 127.98
- 边 c 是 16 乘以 127.98 度的正弦,等于 12.61
把两条边换个位置,二义性就没了:6 比 8 短,第二个位置已经合不拢,只剩一个三角形。解的个数从两个掉到一个,而条件的种类没有变——这正是把个数排在第一个的意义:同样三样输入,只因为两条边的长短关系不同,答案就不一样。留下的是 C 为钝角的那一个(127.98 度),因为第二条边短了之后,图形要靠延伸得更远来收拢。
正好够到的那一端:5、三十度、10
- 共用的比值是 5 除以三十度的正弦,等于 10
- B 的正弦是 10 除以 10,正好是 1
- 正弦为一的角被定死在九十度,没有第二个可能,因为零到一百八十度之间再没有别的角有同样的正弦
- 角 C 是 180 减 30 减 90,等于 60;边 c 是 10 乘以六十度的正弦,等于 8.66
第二条边正好够到一次:它垂直落在第三条边上,三角形是一个 B 恰好为九十度的直角三角形。这是「没有解」与「两个解」的分界,值得看看从下面越过它是怎么回事——边长一旦比它大一点点,两个解立刻一起出现,一个刚过九十度、一个不到九十度,随后随着边长变大而分开。在正好相等这一点上只有一个解,而它的正弦正好等于 1,没有舍入。
直角是给出来的,而不是算出来的
- 共用的比值是 10 除以九十度的正弦,也就是 10 本身
- B 的正弦是 6 除以 10,等于 0.6,得到 36.87 度
- 角 C 是 180 减 90 减 36.87,等于 53.13
- 边 c 是 10 乘以 53.13 度的正弦,等于 8
这里的直角是条件里给的,不是算出来的,共用的比值于是变成斜边除以一,也就是斜边本身。从这个比值出发,正弦定理直接把两个锐角给出来,第三条边正好是 8——一个干净的数,因为这不过就是 3、4、5 放大两倍。这也是对本页的一次验算:只要直角对面的那条边是三条里最长的,所有的数都该与勾股定理一致,这里正是如此。
局限
三件要说清楚的事。第一,面板只印一个三角形,不是两个。解的个数为 2 时,下面四个读数属于较小那个角 B 对应的三角形,钝角的那个伙伴排在参考表最后一列,而不在面板里——面板只有一处放答案的位置,摆不下并列的两套数,所以取了较小的那个角并把另一个指出来。第二,条件本身要先说得通:给出来的角必须严格在零度与一百八十度之间;第二条边如果短到够不着第三条边,就没有三角形,本页如实说明而不是编一个出来。零度与正好平角这两个值一律拒答,而不是拿近似值代替,因为一个角为零的三角形根本没有形状可解。第三,读数给到两位小数,而对很大的三角形来说这个位数已经没有意义:边长到了几亿厘米这个量级,双精度数本身早就带不动百分位了,所以那么大的图形里,印出来的边长小数只当作参考。角度没有这个问题,因为无论是多大的三角形,一百分之一度还是一百分之一度。
常见问题
- 什么叫「两边一对角」的两个解?
- 就是两边与一个不是夹在中间的角能定出两个不同的三角形。那个角定下了其中一条边的方向,却没定下另一条边往哪边摆,所以第二条边可以往后靠、早早合拢,也可以往前摆、合得更远——一个三角形小、把钝角留在别处,另一个大、把那个锐角换成钝角。两者用的都是同一组条件。本页先数出有几种可能,再把锐角那一个算出来,因为第二个位置存不存在要看两条边的长短关系。
- 怎么判断是一个解还是两个解?
- 把第二条边乘以已知角的正弦、再除以第一条边:得数大于一就没有三角形,因为没有任何角的正弦超过一;小于一就得到了那个锐角,而只要它的钝角伙伴与已知角加起来还不到一百八十度,第二个三角形就存在。本页把这套比较做完了,并把解的个数当成第一个答案印出来。
- 两个解的时候,计算器给我看的是哪一个?
- 是较小那个角 B 对应的三角形,也就是第三个角较大的那一个。面板先印解的个数,再印这个三角形的四个读数;B 的钝角伙伴排在参考表的最后一列,两个都在页面上。只显示一个而不是两个,是因为结果面板只有一处放答案的位置——并列印两套四个数、又没有地方标注,比印一个加指出另一个更糟。
- 为什么零度和一百八十度会被拒答?
- 因为一个角为零的图形不是三角形,而是一条线段上多了个点,对着零角的那条边也只能是零。这两个值在「形状还存在」的边界上,而不是在算式的边界上,所以本页据实说明,而不是返回一个零角加一条零边、看起来像个解的东西。中间的角度都收,包括非常接近两端的那些——那时三角形会变得又长又扁,但仍然是真正的三角形。
- 什么时候用正弦定理,什么时候用余弦定理?
- 手里有一条边与它对面的角、再加一个条件,用正弦定理;手里有三边,或者两边与它们的夹角,用余弦定理。真正决定的是「两边与一个不是夹在中间的角」这一种:那是本页的形状,也是余弦定理做起来别扭的一种,因为它要解一个二次方程。它同时还是带二义性的那一种,所以本页把解的个数放在最显眼的位置。
- 为什么印出来的边长只有两位小数可信?
- 两位小数是这一页的舍入位数,对普通的三角形来说,这个位数远在双精度数能给的范围之内。但很大的三角形就不是了:边长到了几亿,数字本身的精度早就用完了,那种读数的最后几位只是跟着印出来,而不是量出来的。角度没有这个问题,因为不管三角形多大,一百分之一度都还是一百分之一度。
参考资料
- Law of Sines — 一条边与它对角的正弦之比在三角形里恒定,以及这个关系在什么条件下会给出两个三角形 — Wolfram MathWorld(美国)
- Law of Cosines — 与之配套的另一条定理,以及本页接不顺手的那个形状归谁处理 — Wolfram MathWorld(美国)
- Triangle — 三角形不等式、大边对大角这条规则,以及已知部分条件而三角形并不唯一的情形 — 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)》;锐角三角函数与解直角三角形是义务教育阶段「图形的性质」的内容,正弦定理属于高中阶段的内容,不在该附件的学段要求之内,原文与学段要求以该附件为准 — 中华人民共和国教育部