Формула Брамагупте

Извор: testwiki
Датум измене: 17. јануар 2024. у 00:29; аутор: imported>FelixBot (нормативна контрола)
(разл) ← Старија измена | Тренутна верзија (разл) | Новија измена → (разл)
Пређи на навигацију Пређи на претрагу

У геометрији, формула Брамагупте даје површину било ког четвороугла ако су му познате све странице и неки углови. У свом најпознатијем облику користи се за одређивање површине четвороугла који се може уписати у круг.

Основни облик

У свом основном облику, који је налакши за памћење, формула Брамгупте даје површину тетивног четвороугла са страницама a, b, c, d у облику

P=(sa)(sb)(sc)(sd)

где је s, полуобим четвороугла, одређен са

s=a+b+c+d2.

Површина тетивног четвороугла је највећа могућа површина коју може да има четвороугао са све четири задате странице.

Доказ формуле

Тетивни четвороугао

Површина четвороугла ABCD може се израчунати као збир површина ADB и BDC

P=12adsinα+12bcsinγ.

Како је ABCD тетивни четвороугао, DAB=180DCB, па је sinα=sinγ. Одатле је

P=12adsinα+12bcsinα
P2=14sin2α(ad+bc)2
4P2=(1cos2α)(ad+bc)2
4P2=(ad+bc)2cos2α(ad+bc)2.

Ако се примени косинусна теорема на ADB и BDC и помоћу ње се изрази дијагонала DB,, добија се

a2+d22adcosα=b2+c22bccosγ.

Пошто су углови α и γ суплементни, важи cosγ=cosα па ће бити

2cosα(ad+bc)=a2+d2b2c2.

Када се добијена једнакост уврсти у израз за површину, биће

4P2=(ad+bc)214(a2+d2b2c2)2
16P2=4(ad+bc)2(a2+d2b2c2)2,

Уколико се израз растави коришћењем формуле за разлику квадрата:

16P2=(2(ad+bc)+a2+d2b2c2)(2(ad+bc)a2d2+b2+c2)
=((a+d)2(bc)2)((b+c)2(ad)2)
=(a+d+bc)(a+d+cb)(a+b+cd)(d+b+ca).

Ако се полуобим означи са s=a+b+c+d2, и то се уврсти у претходни корак:

16P2=16(sa)(sd)(sb)(sc).

Коначна формула се добија кореновањем последње једнакости:

P=(sa)(sd)(sb)(sc).

Уопштење формуле

У случају да четвороугао није тетиван, формула Брамагупте се може уопштити узимањем у обзир величина два наспрамна угла четвороугла:

P=(sa)(sb)(sc)(sd)abcdcos2θ

где је угао θ једнак половини њиховог збира. Овде није важно која два угла ће се бити изабрана, јер је полузбир величина друга два угла у четвороуглу допуна угла θ до опруженог угла. Како је cos(180° − θ) = −cosθ, биће cos²(180° − θ) = cos²θ.

Овај облик се понекад назива Бретшнајдерова формула, али постоје извори[1] према којима је овај облик формуле дао Кулиџ, док је Бретшнајдерова формула била

P=(sa)(sb)(sc)(sd)14(ac+bd+pq)(ac+bdpq)

где су p и q дужине дијагонала четвороугла.

Како је особина тетивног четвороугла да збир наспрамних углова има 180°, угао θ у горњој формули ће имати 90°, па је други елемент под кореном једнак

abcdcos2θ=abcdcos290=abcd0=0,

одакле следи основни облик Брамагуптине формуле.

Сродне формуле

Херонова формула за површину троугла је специјалан случај формуле Брамагупте који се добија ако се узме да је d = 0.

Однос између основне формуле Брамгупте и њеног уопштења је сличан ономе између Питагорине теореме и косинусне теореме.

Извори

Шаблон:Reflist

Спољашње везе

Шаблон:Нормативна контрола