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輸入計算

數學公式

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結果

面積 S
100.1234
平方單位
周長 L 43 units
公式 布雷特施奈德公式

什麼是布雷特施奈德公式?

布雷特施奈德公式(Bretschneider's formula)只要知道四邊形的四個邊長,以及任一組對頂內角的角度和,就能算出任意簡單四邊形的面積——無論它是凸的還是凹的、是否為圓內接四邊形都適用。它可以看成是婆羅摩笈多公式(Brahmagupta,適用於圓內接四邊形)與海龍公式(Heron,適用於三角形)的推廣。本計算器會同時給出面積 \(S\) 與周長 \(L\),你可以自由選用任何一種長度單位(公尺、公分、英吋等),面積則以該單位的平方表示。

標有邊 a、b、c、d 和兩個對角的不規則四邊形
由四條邊和一對對角定義的一般四邊形。

使用方法

請依照四邊形邊界繞行的順序,依次輸入四個邊長 \(a\)、\(b\)、\(c\)、\(d\)。接著以「度」為單位輸入其中一組對頂內角的角度和——也就是兩個彼此不相鄰的頂角(邊 \(a\) 與邊 \(b\) 之間的夾角,加上邊 \(c\) 與邊 \(d\) 之間的夾角)。如果這個四邊形是圓內接四邊形,對角互補,角度和正好為 180 度,此時公式就會退化成婆羅摩笈多公式。

公式解析

設半周長為 \(s = (a + b + c + d) / 2\),\(\theta\) 為該組對角的角度和。則面積等於 \((s-a)(s-b)(s-c)(s-d)\) 減去 \(abcd\cdot\cos^{2}(\theta/2)\) 後再開平方根。計算餘弦前須先把角度換算成弧度(\(\times\pi/180\)),而平方餘弦中代入的是半角 \(\theta/2\)。當 \(\theta = 180\) 度時,\(\cos(90^\circ) = 0\),修正項便會歸零。

$$ A = \sqrt{(s-a)(s-b)(s-c)(s-d) - abcd\,\cos^{2}\!\left(\tfrac{\theta}{2}\right)} $$
被一條對角線分成兩個三角形的四邊形,標註了邊和對角
布雷特施奈德公式利用對角之和將兩個三角形結合起來。

實例演算

取 \(a = 13\)、\(b = 14\)、\(c = 3\)、\(d = 13\)、\(\theta = 180\) 度。半周長為 \(s = 43/2 = 21.5\),因此 \(s-a = 8.5\)、\(s-b = 7.5\)、\(s-c = 18.5\)、\(s-d = 8.5\),四項相乘得 \(10024.6875\)。由於 \(\cos(90^\circ) = 0\),修正項為零,所以 $$ S = \sqrt{10024.6875} \approx 100.123 \text{ 平方單位} $$ 而周長 \(L = 13 + 14 + 3 + 13 = 43\) 單位。

常見問題

為什麼會出現「無效四邊形」的訊息?每一邊都必須為正數,且必須小於其餘三邊之和,否則圖形無法閉合。當根號內的值變成負數時也會出現此訊息,這代表你輸入的邊長與角度彼此矛盾、無法構成實際的四邊形。

邊長一定要用特定單位嗎?不用。只要全程使用同一種長度單位即可;面積會以該單位的平方表示,周長則以該單位表示。

如果我只知道對角線怎麼辦?本計算器需要的是邊長與對角的角度和。若是圓內接四邊形,你只要把 \(\theta\) 設為 180,就能直接套用婆羅摩笈多公式。

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