Beweisarchiv: Geometrie: Planimetrie: Dreieck: Satz des Heron

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Die Fläche eines beliebigen Dreiecks ist mit den Seitenlängen a,b,c ist

A=s(sa)(sb)(sc)

worin s der halbe Umfang des Dreiecks ist

s=a+b+c2

Beweis über die Dreiecksfläche:

Die Dreiecksfläche ist

(1)   A=chc2

nach dem Satz des Pythagoras

(2)  hc2=b2d2

und

(3)  hc2=a2(cd)2

(2) und (3) gleichgesetzt

(4.1)   b2d2=a2(cd)2

(4.2)   b2d2=a2c2+2cdd2

aufgelöst nach d

(5)   d=b2a2+c22c

Formel (2) nach der 3. binomischen Formel

(6)   hc2=(bd)(b+d)

Formel (5) eingesetzt

(7.1)   hc2=(bb2a2+c22c)(b+b2a2+c22c)

(7.2)   hc2=(2bcb2+a2c22c)(2bc+b2a2+c22c)

umgestellt

(7.3)   hc2=[a2(b22bc+c2)][a2+(b2+2bc+c2)]4c2

2. und 1. binomische Formel angewendet

(7.4)   hc2=[a2(bc)2][a2+(b+c)2]4c2

3. binomische Formel angewendet

(7.5)   hc2=[(ab+c)(a+bc)][(a+b+c)(a+b+c)]4c2

(7.6)   hc2=(ab+c)(a+bc)(a+b+c)(a+b+c)4c2

Formel (1) quadriert und Formel (7.6) eingesetzt

(8.1)   A2=c2(ab+c)(a+bc)(a+b+c)(a+b+c)4c24

(8.2)   A2=(ab+c)(a+bc)(a+b+c)(a+b+c)16

etwas umgestellt

(8.3)   A2=(a+b+c)2(a+b+c)2(ab+c)2(a+bc)2

mit dem halben Umfang

(9)   s=a+b+c2

und

(9.1)   sa=a+b+c2a2=a+b+c2

und

(9.2)   sb=a+b+c2b2=ab+c2

und

(9.3)   sc=a+b+c2c2=a+bc2

Formel (9), (9.1), (9.2), (9.3) in Formel (8.3) eingesetzt

(10)   A2=s(sa)(sb)(sc)

oder

(11)   A=s(sa)(sb)(sc)


Beweis mit dem Satz des Pythagoras

Abbildung und Bezeichnungen siehe Skizze oben.

Nach dem Satz des Pythagoras gilt

(1.1)   b2=hc2+d2

und

(1.2)   a2=hc2+(cd)2

Subtraktion ergibt

(2)   a2b2=c22cd

aufgelöst nach d

(3)   d=a2+b2+c22c

nach Pythagoras ist

(4)   hc2=b2d2

nach der 3. binomischen Formel

(5)   hc2=(bd)(b+d)

(3) in (5) eingesetzt

(6)   hc2=(ba2+b2+c22c)(b+a2+b2+c22c)

umgewandelt

(7)   4c2hc2=(2bc+a2b2c2)(2bca2+b2+c2)

2. und 1. binomische Formeln angewandt

(8)   4c2hc2=[a2(bc)2][a2+(b+c)2]

3. binomische Formel angewandt

(9)  4c2hc2=(ab+c)(a+bc)(a+b+c)(a+b+c)

s ist der halbe Umfang des Dreiecks

(10)   s=a+b+c2

(11.1)  2s=a+b+c

(11.2)   2s2a=a+b+c

(11.3)   2s2b=ab+c

(11.4)   2s2c=a+bc

(11) in (9) eingesetzt und neu geordnet

(12.1)   4c2hc2=2s(2s2a)(2s2b)(2s2c)

(12.2)   4c2hc2=16s(sa)(sb)(sc)

duch 16 geteilt

(13)   c2hc24=s(sa)(sb)(sc)

die Dreiecksfläche ist

(14)   A=chc2

quadriert

(15)   A2=c2hc24=s(sa)(sb)(sc)

daraus ergibt sich der Flächeninhalt des Dreiecks

(16)   A=s(sa)(sb)(sc)

Beweis mit dem Kosinussatz

Abbildung und Bezeichnungen siehe Skizze oben.

(1)   A=chc2

(2)   hc=bsinα

(3)   A=bcsinα2

nach dem Kosinussatz gilt

(4)   a2=b2+c22bccosα

aufgelöst nach cosα

(5)   cosα=b2+c2a22bc

nach dem trigonometrischen Pythagoras gilt

(6)   sinα=1cos2α

(5) in (6) eingesetzt und erweitert

(7.1)   sinα=(2bc2bc)2(b2+c2a22bc)2

(7.2)   sinα=12bc(2bc)2(b2+c2a2)2

nach dem 3. binomischen Lehrsatz

(8)   sinα=12bc(2bcb2c2+a2)(2bc+b2+c2a2)

nach dem 2. und 1. binomischen Lehrsatz

(9)   sinα=12bc[a2(bc)2][(b+c)2a2]

nach dem 3. binomischen Lehrsatz

(10)   sinα=12bc(ab+c)(a+bc)(b+ca)(b+c+a)

s ist der halbe Umfang des Dreiecks

(11)   s=a+b+c2

(12.1)   2s=a+b+c

(12.2)   2s2a=a+b+c

(12.3)   2s2b=ab+c

(12.4)   2s2c=a+bc

(12) in (10) eingesetzt und neu geordnet

(13)   sinα=12bc2s2(sa)2(sb)2(sc)

(14)   sinα=2bcs(sa)(sb)(sc)

(14) in (3) eingesetzt

(15)   A=bcsinα2=2bc2bcs(sa)(sb)(sc)

(16)   A=s(sa)(sb)(sc)