三角形面積公式

數學之旅:三角形面積公式(Ⅳ)

數學之旅:三角形面積公式(Ⅳ) (Mathematical Journey through the Formulas of Triangle Area)
國立蘭陽女中 陳敏晧教師

連結:數學之旅:三角形面積公式(III)

當數學旅程來到空間時,我們首先需要空間向量的外積(cross product):兩空間向量 \(\vec{a} = \left( {{x_1},{y_1},{z_1}} \right),\vec{b} = \left( {{x_2},{y_2},{z_2}} \right)\) 的外積定義為

\(\begin{array}{ll}\vec{n} &= \vec{a} \times \vec{b} = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}} {{y_1}}&{{z_1}}\\ {{y_2}}&{{z_2}} \end{array}} \right|,\left| {\begin{array}{*{20}{c}} {{z_1}}&{{x_1}}\\ {{z_2}}&{{x_2}} \end{array}} \right|,\left| {\begin{array}{*{20}{c}} {{x_1}}&{{y_1}}\\ {{x_2}}&{{y_2}} \end{array}} \right|} \right) \\&= \left( {{y_1}{z_2} – {y_2}{z_1},{x_2}{z_1} – {x_1}{z_2},{x_1}{y_2} – {x_2}{y_1}} \right)\end{array}\)

外積有三個性質:

數學之旅:三角形面積公式(III)

數學之旅:三角形面積公式(III)
(Mathematical Journey through the Formulas of Triangle Area)

國立蘭陽女中陳敏晧教師

連結:數學之旅:三角形面積公式(II) 

當數學旅程來到向量(vector),我們想要了解如何從向量幾何觀點來導出三角形面積公式,

亦即當 \(A(x_1,~y_1),B(x_2,~y_2),C(x_3,~y_3),\) 時,

首先我們定義向量 \(\vec{AB}=B-A=(x_2,~y_2)-(x_1,~y_1)=(x_2-x_1,~y_2-y_1)\),

並且定義 \(|\vec{AB}|=\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2}=\overline{AB}\) 的長度,

數學之旅:三角形面積公式(I)

數學之旅:三角形面積公式(I)
(Mathematical Journey through the Formulas of Triangle Area)

國立蘭陽女中陳敏晧教師

三角形面積公式是數學中面最常用的公式,也是大家在小學學數學的甜蜜記憶。

希臘哲人柏拉圖曾說:「畫在沙地上的三角形可以被抹去,但是,三角形的觀念不會受時間與空間的限制而留存下來。」可見三角形的觀念與發展會隨著人類數學發展而不斷變化。但是,不論如何演變,數學的新論點卻永遠根植於舊有的基礎上。

從個人學習數學的歷程看來,三角形的面積公式就如同是典範(paradigm)般的重要。我們可以透過公式的演變來重新釐清學習的轉移(shift);當吾人從數學史的知識論脈絡切入,會發現三角形的面積公式從幾何學出發,邁向三角學領域,接引向量,拓展行列式,認識內積與外積,於解析幾何處發揚光大。