基于“补法”求四边形和五边形的面积

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  摘要:类似三角形两边及夹角已知时的面积公式,已知四边形的三边及其所夹的两角时,可求四边形的面积。并推广到五边形中去。
  关键词:面积;正弦定理;四边形;五边形
  中图分类号:G633.63 文献标识码:E 文章编号:1006-5962(2013)01-0190-01
  已知三角形的两边及其所夹角时,可求三角形的面积。那么,对于四边形,有无类似结论呢?下例从把四边形填补成为三角形的角度,进行求解。
  例1:四边形中,,。求四边形的面积。
  解:延长A1A2、A3A4交于点P,即:
  三角形PA1A3中,由正弦定理得:。
  即,(1)
  则。
  由"补法"得四边形的面积为
  (2)
  式(1)代入式(2)并注意到,得四边形的面积
  (3)
  故已知三边及其所夹的两角时,可求形成的四边形的面积。但这个结论能否再推广呢?即对于五边形,若已知四条线段及其所夹的三个角时,能否求成所形成的五边形的面积。 问题如下:
  例2:已知五边形中,,。求五边形的面积。
  解:延长A1A2、A3A4交于点Q,记。
  三角形QA1A2中,,故。由正弦定理得:。令
  ,(4)
  则。四边形中,,,,。利用前面结论式(3)可得四边形的面积,又A1QA4A5的面积A1A2A3A4A5。故凸五边形面积为
  (5)
  式(4)代入式(5)并注意到化简得
  (6)
  图3中,凸五边形A1A2A3A4A5由边长为l的正方形A1QA4A5去掉1/8后得到,其中A2、A3分别为A1Q、QA4的中点。易知,,。代入公式(6)得五边形面积为。这与用正方形A1QA4A5与三角形QA2A3的面积差所得的结果一致。
  实际上,此公式也适用于凹多边形。若图3中的A2位置改动为A1A4的中点,则凹五边形A1A2A3A4A5由边长为l的正方形A1QA4A5去掉3/8后得到(见图4)。而根据公式(6)所得此凹五边形面积结果为5l2/8,从而验证了式(6)。
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