解析几何中的三角形面积计算:坐标公式与推导

根据给定的参数——如三角形的底和高、顶点坐标、边长等——求面积的方法有很多种。在本文中,我们将一起探讨当已知三角形顶点坐标时,如何求解其面积。

使用顶点坐标求三角形面积

这种方法的核心在于:如果我们已知三角形顶点的坐标,该如何计算它的面积。

如果三角形的三个顶点坐标分别为 $(x1, y1)$、$(x2, y2)$ 和 $(x3, y3)$,那么其面积公式如下:

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公式推导

给定一个三角形 $PQR$,其顶点坐标分别为 $P(x1, y1)$、$Q(x2, y2)$ 和 $R(x3, y3)$。让我们来推导一下它的面积公式:

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> 第一步: 分别从坐标 $P$、$Q$ 和 $R$ 向 X 轴作垂线,交点分别为 $A$、$B$ 和 $C$。

>

> 第二步: 仔细观察图形,我们可以看到坐标平面上形成了三个不同的梯形,分别是 $PQAB$、$PBCR$ 和 $QACR$。

>

> 第三步: 因此,∆QPR 的面积可以计算如下:

>

> ∆PQR 的面积 = [梯形 PQAB 的面积 + 梯形 PBCR 的面积] – [梯形 QACR 的面积]       . . . (1)

>

> 第四步: 现在我们来计算这三个梯形的面积。

>

> 由于 梯形的面积 = (1 / 2) × (平行边之和) × (两边之间的距离)

>

> 计算梯形 PQAB 的面积

>

> ⇒ 梯形 $PQAB$ 的面积 = $(1 / 2)(QA + PB) \times AB$

> ⇒ $QA = y_2$

> ⇒ $PB = y_1$

> ⇒ $AB = OB – OA = x1 – x2$

>

> ⇒ 梯形 $PQAB$ 的面积 = $(1 / 2)(y1 + y2)(x1 – x2 )$ . . . (2)

>

> 计算梯形 PBCR 的面积

>

> ⇒ 梯形 $PBCR$ 的面积 = $(1 / 2) (PB + CR) \times BC$

>

> ⇒ $PB = y_1$

> ⇒ $CR = y_3$

> ⇒ $BC = OC – OB = x3 – x1$

>

> ⇒ 梯形 $PBCR$ 的面积 = $(1 / 2) (y1 + y3 )(x3 – x1)$ . . . (3)

>

> 计算梯形 QACR 的面积

>

> ⇒ 梯形 $QACR$ 的面积 = $(1 / 2) (QA + CR) \times AC$

>

> ⇒ $QA = y_2$

> ⇒ $CR = y_3$

> ⇒ $AC = OC – OA = x3 – x2$

> ⇒ 梯形 $QACR$ 的面积 = $(1 / 2)(y2 + y3 ) (x3 – x2 )$ . . . (4)

>

> 第五步: 将 (2)、(3) 和 (4) 代入 (1),

>

> ⇒ ∆PQR 的面积 = $(1 / 2)[(y1 + y2)(x1 – x2 ) + (y1 + y3 )(x3 – x1) – (y2 + y3 ) (x3 – x2 )]$

> ⇒ ∆PQR 的面积 = $(1 / 2)

x1 (y2 – y3 ) + x2 (y3 – y1 ) + x3(y1 – y_2)

$

>

> 因此,这就是当已知顶点坐标时求三角形面积的公式。

注意: 请注意公式中有取模(绝对值)运算,这意味着如果我们计算得到负值,只应取其数值大小,因为面积不可能是负数。

示例问题

示例 1:若 ∆ABC 的顶点分别为 A(1, 2)、B(4, 2) 和 C(3, 5),求其面积是多少?
解答:

> 首先,让我们画个图以便更好地理解。

!image

> 现在将给定的坐标与 $(x1, y1)$、$(x2, y2)$ 和 $(x3, y3)$ 进行比较。

>

> 设 $(x1, y1) = (1, 2)$

>

> ⇒ $(x2, y2) = (4, 2)$

> ⇒ $(x3, y3) = (3, 5)$

>

> 现在我们要将数值代入 $(1 / 2)

[x1 (y2 – y3 ) + x2 (y3 – y1 ) + x3(y1 – y_2)]

$

>

> ⇒ $(1 / 2) [1 (2 – 5 ) + 4 (5 – 2 ) + 3(2 – 2)]$

> ⇒ $(1 / 2) [(- 3) + 12 + 0]$

> ⇒ $(1 / 2) [9] = 4.5$

>

> 因此,三角形的面积为 4.5 平方单位

示例 2:若一个三角形的面积为 1,且三个顶点的坐标分别为 $(x1, 1)$、$(2, 3)$ 和 $(4, 5)$,求 $x1$ 的值是多少?
解答:

> 首先,让我们画个图以便更好地理解。

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> 已知三角形的面积为 1。

>

> 现在将给定的坐标与 $(x1, y1)$、$(x2, y2)$ 和 $(x3, y3)$ 进行比较。

>

> 设 $(x1, y1) = (x_1, 1)$

> ⇒ $(x2, y2) = (2, 3)$

> ⇒ $(x3, y3) = (4, 5)$

>

> 现在我们要将数值代入 $(1 / 2)

[x1 (y2 – y3 ) + x2 (y3 – y1 ) + x3(y1 – y_2)]

$

>

> ⇒ $(1 / 2) [x_1(3 – 5 ) + 2(5 – 1 ) + 4(1 – 3)] = 1$

> ⇒ $(1 / 2) [x_1(- 2) + 8 + -8] = 1$

> ⇒ $-x_1 = 1$

> ⇒ $x_1 = -1$

>

> 因此,$x_1$ 的值为 -1

其他计算三角形面积的方法

除了使用坐标法,还有其他方法可以求三角形的面积,例如:

让我们来讨论一下…

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