求不规则四边形的面积,通常需要根据已知条件选择合适的方法,以下是一些常见的情况:
已知四条边和一个内角
如果已知不规则四边形的四条边长分别为 a、b、c、d,以及其中一个内角 θ,可以将四边形分割成两个三角形来求解。
例如,连接一条对角线,把四边形分成两个三角形。假设连接的对角线将四边形分成了以 a、b 和 c、d 为边的两个三角形。利用余弦定理求出对角线长度,再根据三角形面积公式 S=21absinC(C 为 a、b 夹角)分别求出两个三角形的面积,两者相加即为四边形的面积。
设连接的对角线所对的角为 θ,这条对角线长度为 e。对于以 a、b 为边的三角形,根据余弦定理 e2=a2+b2−2abcos(180∘−θ)=a2+b2+2abcosθ,求出 e。
则这个三角形面积 S1=21absin(180∘−θ)=21absinθ。
对于另一个以 c、d 为边的三角形,同样先根据余弦定理求出相关量,再求面积 S2,四边形面积 S=S1+S2。
已知四条边和两条对角线
若已知不规则四边形四条边分别为 a、b、c、d,两条对角线分别为 m、n,且两条对角线夹角为 α,那么四边形面积 S=21mnsinα。
已知坐标
如果四边形四个顶点的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4),可以使用“鞋带公式”(Shoelace formula)来计算面积。
公式为:
S=21∣x1y2+x2y3+x3y4+x4y1−(y1x2+y2x3+y3x4+y4x1)∣
近似计算
如果只知道不规则四边形的四条边,没有其他角度或对角线等信息,可以使用布雷特施奈德公式(Bretschneider's formula):
S=(s−a)(s−b)(s−c)(s−d)−abcd⋅cos2(2α+β)
其中 a、b、c、d 为四边形的四条边,s=2a+b+c+d(半周长),α 和 β 为四边形的任意一组对角。当四边形为圆内接四边形时(对角互补,α+β=180∘,cos(2α+β)=0 ),公式简化为婆罗摩笈多公式:
S=(s−a)(s−b)(s−c)(s−d)