Heronin kolmio

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Heronin kolmio on sellainen kolmio, jonka sivujen pituudet ja pinta-ala ovat rationaalilukuja. Myös korkeudet on tällöin rationaalisia. Heronin kolmioita etsittäessä voidaan käyttää Heronin kaavaa. Heronin kaava on nimetty Heron Aleksandrialaisen mukaan, kuten myös Heronin kolmio.

Esimerkkejä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Mikä tahansa kolmio, jonka sivunpituudet on Pythagoraan kolmikko, on Heronin kolmio.

Kolmio, jonka sivunpituudet c, e ja b + d, sekä korkeus a.

Kolmio jolla ei ole suorakulmaa ja jonka sivujen pituudet on 5, 5, ja 6 ja pinta ala on 12. Tämä kolmio saadaan konstruoitua, kun otetaan kaksi suorakulmaista kolmiota, joiden sivujen pituudet ovat 3, 4 ja 5. Nämä kolmiot asetetaan siten, että 4:n pituiset sivut ovat vastakkain. Luvut 3, 4 ja 5 muodostavat tunnetusti Pythagoraan kolmikon.

Tämä esimerkki voidaan laajentaa yleiseksi tapaukseksi. Eli oletetaan olevan olemassa Pythagoraan kolmikko(a, b, c) ja valitaan, että c on pisin sivu. Tarvitaan myös toinen Pythagoraan kolmikko (a, d, e), missä e voidaan valita pisimmäksi sivuksi. Nämä kolmiot yhdistetään siten, että sivut a. Näin saadaan kolmio, jonka sivujen pituudet ovat c, e, and b + d. Tällöin kolmion pinta-ala on siis

A=\frac{1}{2}(b+d)a .

Lause[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

On olemassa Heronin kolmio siten, että se voidaan jakaa kahdeksi suorakulmaiseksi kolmioksi, joiden sivujenpituudet muodostavat rationaalilukuiset Pythagoraan kolmikot.

Lauseen todistus

Käytetään todistuksessa apuna aiemmin esitettyä esimerkin yleistystä: Olkoon Heronin kolmion sivujen pituudet c, e, b + d ja pinta-ala A määritelmän mukaan rationaalilukuja. Oletetaan myös, että sivu jonka pituus on b + d is on pisin. Jotta saadaan osoitettua, että (a, b, c) and (a, d, e) ovat Pythagoraan kolmikoita täytyy todistaa, että luvut a, b, ja d ovat rationaalisia.

Osoitetaan ensin, että luku "a" on rationaalinen. Koska kolmion pinta-ala on

A=\frac{1}{2}(b+d)a,

niin

a=\frac{2A}{b+d}.

Oikean puolen luvut ovat oletuksen nojalla rationaalisia, siis myös a on rationaaliluku. Osoitetaan sitten, että luvut b ja d ovat rationaalisia. Pythagoraan lauseen mukaan suorakulmaisille kolmioille pätee, että

a^2+b^2=c^2\,

ja

a^2+d^2=e^2.\,

Joista saamme, että

b^2-d^2=c^2-e^2\,

ja

b-d=\frac{c^2-e^2}{b+d}.\,

Taas oikean puolen luvut ovat oletuksen nojalla rationaalisia ja siten myös b − d täytyy olla rationaalinen. Oletuksen mukaan b + d on rationaalinen, joten täytyy olla, että b ja d ovat rationaalisia.

Täsmällinen kaava Heronin kolmioille[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaavan kaikille Heronin kolmioille kehitti Euler. Tässä on Brahmagubtan ja Carmichaelin esittämä versio:

a=n(m^{2}+k^{2}) \,
b=m(n^{2}+k^{2}) \,
c=(m+n)(mn-k^{2}) \,
s=mn(m+n) \,
A=mnk(m+n)(mn-k^{2}) \,

Missä s on puolikas piiri ja A on pinta-ala. Pätee myös, että

 syt (m,n,k)=1
mn > k^2 \ge m^2n/(2m+n)
 m \ge n \ge 1.

Taulukko[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tässä taulukossa on listattu sellaiset Heronin kolmiot joiden sivujen piituuksien yhteinen tekijä on 1.

Pinta-ala Ympärysmita Pituus b+d Pituus e Pituus c
6 12 5 4 3
12 16 6 5 5
12 18 8 5 5
24 32 15 13 4
30 30 13 12 5
36 36 17 10 9
36 54 26 25 3
42 42 20 15 7
60 36 13 13 10
60 40 17 15 8
60 50 24 13 13
60 60 29 25 6
66 44 20 13 11
72 64 30 29 5
84 42 15 14 13
84 48 21 17 10
84 56 25 24 7
84 72 35 29 8
90 54 25 17 12
90 108 53 51 4
114 76 37 20 19
120 50 17 17 16
120 64 30 17 17
120 80 39 25 16
126 54 21 20 13
126 84 41 28 15
126 108 52 51 5
132 66 30 25 11
156 78 37 26 15
156 104 51 40 13
168 64 25 25 14
168 84 39 35 10
168 98 48 25 25
180 80 37 30 13
180 90 41 40 9
198 132 65 55 12
204 68 26 25 17
210 70 29 21 20
210 70 28 25 17
210 84 39 28 17
210 84 37 35 12
210 140 68 65 7
210 300 149 148 3
216 162 80 73 9
234 108 52 41 15
240 90 40 37 13
252 84 35 34 15
252 98 45 40 13
252 144 70 65 9
264 96 44 37 15
264 132 65 34 33
270 108 52 29 27
288 162 80 65 17
300 150 74 51 25
300 250 123 122 5
306 108 51 37 20
330 100 44 39 17
330 110 52 33 25
330 132 61 60 11
330 220 109 100 11
336 98 41 40 17
336 112 53 35 24
336 128 61 52 15
336 392 195 193 4
360 90 36 29 25
360 100 41 41 18
360 162 80 41 41
390 156 75 68 13
396 176 87 55 34
396 198 97 90 11
396 242 120 109 13

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]