面积公式(SAS)

三角学

miàn jī gōng shì (SAS)

SAS 面积公式利用两边及其夹角计算任意三角形的面积:Area = (1/2)*a*b*sin(C)。

Formula

\text{Area} = \frac{1}{2} ab \sin(C)
Visualization

Definition

如果你知道三角形的两条边及其夹角,就可以用 $\text{Area} = \frac{1}{2}ab\sin(C)$ 求出面积;这是因为从边 $b$ 所对顶点向下的高 $h$ 等于 $a\sin(C)$,当 $C = 90^\circ$ 时,$\sin(90^\circ) = 1$,公式退化为 $\frac{1}{2}ab$。等价地,$\text{Area} = \frac{1}{2}|\vec{a} \times \vec{b}|$,即两条边向量叉积的大小,在 $\mathbb{R}^2$ 中等于 $\frac{1}{2}|\det([a_1,b_1; a_2,b_2])|$,把 SAS 公式与线性代数联系起来。

Example

一个三角形边长 $8$ 和 $5$,夹角 $40^\circ$,面积 $\approx \frac{1}{2}(8)(5)(0.643) \approx 12.86$ 平方单位;边长 $12$ 和 $9$、夹角 $120^\circ$ 的三角形,面积 $= \frac{1}{2}(12)(9)(\sqrt{3}/2) = 27\sqrt{3} \approx 46.77$ 平方单位。外接圆半径 $R = abc/(4 \cdot \text{Area})$,海伦公式 $\text{Area} = \sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)}$(其中 $s = (a+b+c)/2$)在代入余弦定理后与 SAS 公式等价。

Key Insight

只要知道两条边和它们之间的夹角,这个公式对任意三角形都适用,不像底乘高公式那样只对直角三角形最方便;由于面积依赖于 $\sin(C)$,固定的两条边在直角相交时围成的面积最大,这在最优化问题中很有用。SAS 面积公式也是正弦定理的关键:由于 $\text{Area} = \frac{1}{2}ab\sin(C) = \frac{1}{2}ac\sin(B) = \frac{1}{2}bc\sin(A)$,把各对相除即可得到 $a/\sin(A) = b/\sin(B) = c/\sin(C)$。