Trigonometry · real student question

一個三角形的角 alpha 為 36 度、角 gamma 為 50 度,兩角之間的邊 b 為 78.2。求三角形面積,四捨五入到小數第一位。

Question

某三角形中 α=36\alpha=36^\circγ=50\gamma=50^\circ,而邊 b=78.2b=78.2 夾在這兩個角之間。

求三角形的面積,四捨五入到小數第一位。

Step-by-step solution

  1. 先求第三個角 —— 沒有它什麼都開始不了。 三角形內角和為 180180^\circ

    β=180αγ=1803650=94\beta=180^\circ-\alpha-\gamma=180^\circ-36^\circ-50^\circ=94^\circ

    因為 β\beta 是鈍角,所以(對著 β\beta 的)邊 bb 是三角形最長的一邊 —— 這對後面的數字是個好用的現實檢查。

  2. 認出配置:已知邊夾在兩個已知角之間(ASA)。 標準標記法把邊 bb 放在角 β\beta 的對面,所以在 α\alphaγ\gamma 已知時,bb 就是夾邊。現在所有角與一個長度都確定了,三角形因此唯一固定,不必擔心模稜兩可的情形(那只在 SSA 的題目才會出現)。

  3. 由正弦定理導出面積公式。 面積是 K=12acsinβK=\tfrac12ac\sin\beta,而正弦定理把兩個未知邊用 bb 表示:

    a=bsinαsinβ,c=bsinγsinβa=\frac{b\sin\alpha}{\sin\beta},\qquad c=\frac{b\sin\gamma}{\sin\beta}

    代入後,

    K=12bsinαsinβbsinγsinβsinβ=b2sinαsinγ2sinβK=\frac12\cdot\frac{b\sin\alpha}{\sin\beta}\cdot\frac{b\sin\gamma}{\sin\beta}\cdot\sin\beta=\frac{b^2\sin\alpha\sin\gamma}{2\sin\beta}

    用這一條公式可以避免中途對邊長四捨五入,而分兩步做的解法通常就是在那裡掉了 0.10.1

  4. 代入數值。b2=78.22=6115.24b^2=78.2^2=6115.24 以及(取到小數第七位)

    sin36=0.5877853,sin50=0.7660444,sin94=0.9975641\sin36^\circ=0.5877853,\quad \sin50^\circ=0.7660444,\quad \sin94^\circ=0.9975641

    分子與分母分別為

    6115.24×0.5877853×0.7660444=2753.5068,2×0.9975641=1.99512816115.24\times0.5877853\times0.7660444=2753.5068,\qquad 2\times0.9975641=1.9951281

  5. 相除並四捨五入。

    K=2753.50681.9951281=1380.11531380.1K=\frac{2753.5068}{1.9951281}=1380.1153\ldots\approx1380.1

    注意小數點後的位數:未四捨五入的值是 1380.1151380.115,所以要往下捨成 1380.11380.1。如果正弦值只帶四位小數,會算出 1380.21380.2,四捨五入後的答案就錯了。

  6. 用完全不同的方法交叉驗證。 解出邊長得 a=bsinα/sinβ=46.0770a=b\sin\alpha/\sin\beta=46.0770c=bsinγ/sinβ=60.0510c=b\sin\gamma/\sin\beta=60.0510。於是 K=12acsin94=1380.1153K=\tfrac12ac\sin94^\circ=1380.1153;而用 s=a+b+c2=92.1640s=\tfrac{a+b+c}{2}=92.1640 的海龍公式同樣得到 1380.11531380.1153。三條獨立路徑吻合到小數第四位,答案就定了。

Answer

K=b2sinαsinγ2sinβ1380.1K=\frac{b^2\sin\alpha\sin\gamma}{2\sin\beta}\approx1380.1

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