Площадь треугольника через радиус окружности
Площадь треугольника можно находить не только по стороне и высоте, но и через радиус вписанной или описанной окружности. В этой теме собраны основные формулы, их выводы и приёмы выбора формулы в задачах ОГЭ и ЕГЭ.
Обозначения и связь с площадью
Рассмотрим треугольник \(ABC\) со сторонами \(a\), \(b\), \(c\), лежащими напротив углов \(A\), \(B\), \(C\). Его площадь обозначим \(S\), полупериметр — \(p\), радиус вписанной окружности — \(r\), радиус описанной окружности — \(R\).
Перед изучением этой страницы полезно повторить площадь треугольника, а также основные свойства вписанной окружности треугольника и описанной окружности треугольника. Все формулы являются частью общей системы формул площади треугольника.
Вписанная окружность касается всех трёх сторон треугольника; её центр \(I\) — точка пересечения биссектрис. Описанная окружность проходит через все вершины треугольника; её центр \(O\) — точка пересечения серединных перпендикуляров к сторонам.
Площадь через радиус вписанной окружности
Главная формула для радиуса вписанной окружности связывает площадь с полупериметром. Она особенно удобна, когда известны стороны треугольника или их сумма и радиус \(r\).
Площадь треугольника равна произведению его полупериметра на радиус вписанной окружности: \(S=pr\).
Почему формула верна? Соединим центр вписанной окружности \(I\) с вершинами треугольника. Получатся три треугольника с основаниями \(a\), \(b\), \(c\). Высота каждого из них равна \(r\), потому что радиус, проведённый к точке касания, перпендикулярен стороне.
Из этой формулы можно находить и другие величины:
Если в условии даны три стороны и радиус \(r\), сразу используйте \(S=pr\). Если известны только стороны, сначала найдите полупериметр \(p\), а затем примените формулу Герона из темы о площади треугольника.
Площадь через радиус описанной окружности
Радиус описанной окружности связан с каждой стороной и противолежащим углом. Из формулы площади по двум сторонам и углу и расширенной теоремы синусов получается формула, в которой участвуют все три стороны.
Площадь треугольника равна произведению его сторон, делённому на учетверённый радиус описанной окружности: \(S=\frac{abc}{4R}\).
Вывод можно получить так. По формуле площади через две стороны и угол \(C\) имеем \(S=\frac12 ab\sin C\). По расширенной теореме синусов \(c=2R\sin C\), значит, \(\sin C=\frac{c}{2R}\).
Обратные преобразования также часто встречаются в задачах:
Для радиуса вписанной окружности: \(S=pr\). Для радиуса описанной окружности: \(S=\frac{abc}{4R}\). В первой формуле нужен полупериметр, во второй — произведение всех трёх сторон.
У треугольника стороны \(6\), \(8\), \(10\), а радиус вписанной окружности равен \(2\). Чему равна площадь?
Разобранный пример
Стороны треугольника равны \(13\), \(14\) и \(15\), а площадь равна \(84\). Найдём радиус описанной окружности.
Показать решение Решение
Ответ: \(R=\frac{65}{8}\).
Проверка разумности ответа: радиус описанной окружности должен быть больше половины наибольшей стороны, то есть больше \(7{,}5\). Полученное значение \(8{,}125\) этому не противоречит.
Как выбрать формулу и не ошибиться
- Выпишите все данные и обозначьте стороны одинаково во всех формулах.
- Если дан радиус вписанной окружности, ищите полупериметр: \(S=pr\).
- Если дан радиус описанной окружности и три стороны, используйте \(S=\frac{abc}{4R}\).
- Проверьте единицы измерения: если стороны заданы в сантиметрах, площадь получится в квадратных сантиметрах, а радиус — в сантиметрах.
- После вычислений оцените ответ: площадь должна быть положительной, а радиус — иметь размерность длины.
1. Используют \(a+b+c\) вместо \(p=\frac{a+b+c}{2}\). 2. В формуле через \(R\) забывают множитель \(4\): правильно \(S=\frac{abc}{4R}\). 3. Путают \(r\) и \(R\): малая буква обозначает вписанную окружность, заглавная — описанную. 4. Подставляют в формулу площадь с неправильными единицами, например смешивают сантиметры и метры. 5. Применяют формулу \(S=pr\), когда известен радиус описанной окружности.
Для любого треугольника выполняется неравенство \(R\ge 2r\). Равенство достигается только в равностороннем треугольнике. Это не основная формула для вычислений, но она помогает проверить полученные радиусы.
Проверка знаний
Quick-test
Кратко о главном
- Для радиуса вписанной окружности: \(S=pr\), где \(p=\frac{a+b+c}{2}\).
- Для радиуса описанной окружности: \(S=\frac{abc}{4R}\).
- Из формул можно выразить радиус: \(r=\frac{S}{p}\) и \(R=\frac{abc}{4S}\).
- Перед подстановкой данных определите, какая окружность дана, и проверьте единицы измерения.
- Для задач, где нужны дополнительные свойства сторон, углов или высот, используйте соседние темы о площади по двум сторонам и углу, нахождении углов по сторонам и длине высоты треугольника.