Площадь треугольника через синус: формула, доказательство и задачи ОГЭ

Площадь треугольника через синус: формула, доказательство и задачи ОГЭ
Коротко

Площадь треугольника через синус находят по формуле S = ½·a·b·sin γ, где a и b — две стороны, а γ — угол между ними.

  • Когда нужна — известны две стороны и угол между ними или сразу его синус.
  • Пример — при сторонах 8 и 12 и угле 30°: S = ½·8·12·sin 30° = ½·8·12·½ = 24.
  • Задача — правильно подставить данные.
  • Главное условие — угол должен лежать между двумя данными сторонами, а не напротив одной из них.

Как это спрашивают на экзамене

Типовые формулировки

В заданиях по этой теме встречаются формулировки такого типа. Полезно узнавать их с первых слов:

«Найдите площадь треугольника по двум сторонам и синусу угла между ними».
«Найдите площадь треугольника, если известны две стороны и угол между ними, равный 30°, 45°, 60°, 120° или 150°».
«По площади треугольника и двум сторонам найдите синус угла между ними».
«Найдите площадь параллелограмма по двум сторонам и углу между ними».

  • Первые две — решаются прямой подстановкой в формулу.
  • Третья — обратная задача: синус выражают из формулы.
  • Четвёртая — та же идея, но для параллелограмма, и множителя ½ там нет.

Теорема о площади треугольника: как она в учебнике

В учебнике Атанасяна теорема звучит так: «Площадь треугольника равна половине произведения двух его сторон на синус угла между ними».

Источник: Атанасян Л.С. и др., «Геометрия 7–9», гл. XI «Соотношения между сторонами и углами треугольника. Скалярное произведение векторов», §2, п. 96 «Теорема о площади треугольника» (нумерация пунктов по изданиям до 2023 года).

У Мерзляка эта теорема есть в учебнике «Геометрия 9», гл. 1 «Решение треугольников», §5 «Формулы для нахождения площади треугольника».

В виде формулы: S = ½·a·b·sin γ, где a и b — две стороны, γ — угол между ними.

Через вершины: S = ½·AB·BC·sin∠ABC. Угол при вершине B общий для сторон AB и BC, поэтому он и заключён между ними.

Обрати внимание на условие применимости. Синус берётся у угла между двумя данными сторонами, а не у противолежащего.

Пример: если известны AB и BC, а в задаче дан угол A, подставлять его к этой паре сторон нельзя. Сначала выбери стороны, между которыми лежит угол A (это AB и AC), или найди угол B.

Дано Какая формула Пример
Две стороны и угол между ними S = ½·a·b·sin γ 8 и 12, угол 30°: S = ½·8·12·½ = 24
Две стороны и синус угла между ними S = ½·a·b·sin γ AB = 8, BC = 14, sin∠ABC = 1/4: S = 14
Две стороны параллелограмма и угол между ними S = a·b·sin α Стороны 6 и 8, угол 30°: S = 24

Доказательство через высоту

Доказательство короткое, зато по нему видно, откуда в формуле берётся синус.

Пусть AC = a, AB = b, а угол между ними при вершине A равен γ. Проведём высоту BH из вершины B на сторону AC.

В прямоугольном треугольнике ABH катет BH лежит против угла γ, гипотенуза AB равна b. По определению синуса острого угла h = b·sin γ.

Подставим высоту в базовую формулу площади: S = ½·a·h = ½·a·b·sin γ. Для острого угла доказательство готово.

А если угол γ тупой? Тогда основание высоты попадает не на сторону AC, а на её продолжение.

В прямоугольном треугольнике ABH при вершине A окажется угол 180° − γ, и высота h = b·sin(180° − γ). По формуле приведения sin(180° − γ) = sin γ, значит, результат тот же: S = ½·a·b·sin γ.

Угол 120° или 150° в условии не требует другой формулы.

Таблица синусов и обратная задача

Для работы с формулой нужно помнить синусы табличных углов. Заметь: у углов, которые в сумме дают 180°, синусы равны.

Угол sin Пример сторон Площадь
30° или 150° ½ 10 и 6 15
45° или 135° √2/2 6√2 и 5 15
60° или 120° √3/2 5 и 8 10√3
90° 1 8 и 12 48

Теперь обратная задача. Пусть S = 30, а стороны равны 10 и 12. Выразим синус из формулы: sin γ = 30/(½·10·12) = 30/60 = 0,5.

Отсюда γ = 30° или 150°. По одному синусу угол определяется неоднозначно: нужно дополнительное условие, острый угол или тупой.

Если в задаче спрашивают только синус, неоднозначности нет, записывай 0,5.

Кроме формулы через синус, площадь находят и другими способами.

  • Формула Герона: S = √(p(p − a)(p − b)(p − c)), где p = (a + b + c)/2 — полупериметр.
  • Площадь треугольника через радиус вписанной окружности: S = pr, где r — радиус вписанной окружности, p — полупериметр.
  • Равенство получается так: центр вписанной окружности соединяют с вершинами, и треугольник делится на три треугольника с основаниями a, b, c и общей высотой r.
  • Их площади в сумме дают ½·a·r + ½·b·r + ½·c·r = ½·(a + b + c)·r = pr.
  • Через радиус описанной окружности: S = abc/(4R).

Сравним все способы на треугольнике со сторонами 13, 14, 15.

  • Полупериметр: p = 21.
  • По Герону: S = √(21·8·7·6) = √7056 = 84.
  • Радиус вписанной окружности: r = S/p = 4.
  • Радиус описанной: R = abc/(4S) = 2730/336 = 65/8 = 8,125.
  • Через синус: косинус угла между сторонами 13 и 15 равен (13² + 15² − 14²)/(2·13·15) = 198/390 = 33/65, тогда sin = 56/65 и S = ½·13·15·(56/65) = 84.

Результаты сходятся — таким сравнением удобно проверять себя.

Разбор задания

Задача: «В треугольнике ABC известно, что AB = 8, BC = 14, sin∠ABC = 1/4. Найдите площадь треугольника ABC».

Решаем по шагам.

  1. Угол B лежит между сторонами AB и BC, условие применимости выполнено.
  2. Записываем формулу: S = ½·AB·BC·sin∠ABC.
  3. Подставляем: S = ½·8·14·¼ = 14.

Проверка: ½·8·14 = 56, затем 56·¼ = 14. Синус не превышает 1, поэтому площадь должна быть не больше 56, и результат правдоподобен.

Ответ: 14.

Ошибки, за которые снимают баллы

  • Берут угол не между данными сторонами. Если известны AB и BC, в формулу идёт угол B — общая вершина этих сторон. С углом A или C ответ выйдет неверным даже при аккуратных вычислениях.
  • Путают синус с косинусом. В формуле площади стоит синус. Косинус угла между сторонами нужен в теореме косинусов, не смешивай эти формулы.
  • Теряют множитель ½. Без него получается площадь параллелограмма на тех же сторонах, вдвое больше нужной.
  • Считают, что для тупого угла формула не подходит. Синус тупого угла положителен: sin 150° = sin 30° = ½. Формула верна для любого угла треугольника.
  • В обратной задаче записывают только острый угол. Если sin γ = 0,5, то γ = 30° или 150°. Проверь условие: если про вид угла ничего не сказано, а спрашивают именно угол, ответа два.

Шпаргалка

Перед экзаменом повтори этот минимум.

  1. Площадь треугольника: S = ½·a·b·sin γ, угол γ между сторонами a и b.
  2. Площадь параллелограмма: S = a·b·sin α, без половины.
  3. Формула приведения: sin(180° − γ) = sin γ.
  4. Табличные синусы:
  • 30° и 150° → ½;
  • 45° и 135° → √2/2;
  • 60° и 120° → √3/2;
  • 90° → 1.
  1. Обратная задача: sin γ = 2S/(a·b).
  2. Другие формулы площади:
  • Герон: S = √(p(p − a)(p − b)(p − c));
  • через радиус вписанной окружности: S = pr;
  • через радиус описанной: S = abc/(4R).

Проверь себя

Попробуй решить без подсказок, а затем сверься с ответами.

Стороны треугольника равны 12 и 5, угол между ними 30°. Найдите площадь.

15

В треугольнике ABC: AB = 6, BC = 10, sin∠ABC = 0,3. Найдите площадь треугольника.

9

Площадь треугольника равна 20, две стороны равны 8 и 10. Найдите синус угла между ними.

0,5: sin γ = 2·20/(8·10) = 40/80 = 0,5

Стороны параллелограмма равны 4 и 9, угол между ними 30°. Найдите площадь.

18: S = 4·9·sin 30° = 36·½ = 18

Другие статьи по теме