Interested Article - Теорема косинусов

Стандартные обозначения
Стандартные обозначения углов и сторон треугольника

Теорема косинусов — теорема евклидовой геометрии , обобщающая теорему Пифагора на произвольные плоские треугольники.

Формулировка

Для плоского треугольника со сторонами и углом , противолежащим стороне , справедливо соотношение:

Квадрат стороны треугольника равен сумме квадратов двух других сторон минус удвоенное произведение этих сторон на косинус угла между ними

Доказательства

Следствия

  • Теорема косинусов может быть использована для нахождения косинуса угла треугольника
В частности,
  • Если , угол α — острый
  • Если , угол α — прямой (если угол α прямой , то теорема косинусов становится теоремой Пифагора )
  • Если , угол α — тупой
  • Теорема косинусов может быть записана также в следующем виде :
,
.
  • Находя из двух последних формул в явном виде и , получим известные формулы геометрии :
    , , , где p полупериметр .
  • Наконец, используя правые части формул для и и известную формулу площади треугольника: , а также известную формулу синуса двойного угла после небольших преобразований получим известную формулу Герона для площади треугольника: , где p полупериметр .

Для других углов

Теорема косинусов для двух других углов имеет вид:

Из этих и из основной формулы могут быть выражены углы:

История

Утверждения, обобщающие теорему Пифагора и эквивалентные теореме косинусов, были сформулированы отдельно для случаев острого и тупого угла в предложениях 12 и 13 книги II «Начал» Евклида .

Утверждения, эквивалентные теореме косинусов для сферического треугольника , применялись в сочинениях ал-Баттани . :105 Теорему косинусов для сферического треугольника в привычном нам виде сформулировал Региомонтан , назвав её «теоремой Альбатегния» по имени ал-Баттани.

В Европе теорему косинусов популяризовал Франсуа Виет в XVI столетии. В начале XIX столетия её стали записывать в принятых по сей день алгебраических обозначениях.

Вариации и обобщения

Для евклидовых нормированных пространств

Пусть в евклидовом пространстве задана норма , ассоциированная со скалярным произведением , то есть . Тогда теорема косинусов формулируется следующим образом:

Теорема .

Для четырёхугольников

Возводя в квадрат тождество можно получить утверждение, иногда называемое теоремой косинусов для четырёхугольников :

, где — угол между прямыми AB и CD .

Или иначе:

Формула справедлива и для тетраэдра, под подразумевается угол между скрещивающимися ребрами.
С помощью неё можно найти косинус угла между скрещивающимися ребрами и зная все ребра тетраэдра:
Где и , и пары скрещивающихся ребер тетраэдра.

Косвенный аналог для четырёхугольника

Четырехугольник

Соотношение Бретшнайдера — соотношение в четырёхугольнике , косвенный аналог теоремы косинусов:

Между сторонами a, b, c, d и противоположными углами и диагоналями e, f простого (несамопересекающегося) четырёхугольника выполняется соотношение:


  • Если четырёхугольник вырождается в треугольник, и одна вершина попадает на сторону, то получается теорема Стюарта .
  • Теорема косинусов для треугольника является частным случаем соотношения Бретшнайдера, если в качестве четвёртой вершины выбрать центр описанной окружности треугольника.

Симплексы

при этом мы должны зачеркнуть строку и столбец, где находится или .

— угол между гранями и , — грань, находящаяся против вершины i , а — расстояние между вершинами i и j .

См. также

Примечания

  1. Атанасян Л. С. , Бутузов В. Ф., Кадомцев С. Б. и др. Геометрия 7—9: учеб. для общеобразоват. учреждений — 15-е изд. — М.: Просвещение, 2005. — С. 257. — 384 с.: ил. — ISBN 5-09-014398-6
  2. Корн Г. А., Корн Т. М. . — М. : « Наука », 1974. — С. 51. — 832 с.
  3. Florian Cajori. A History of Mathematics — 5th edition 1991

Литература

Источник —

Same as Теорема косинусов