Теорема синусов - NiNa.Az

Эта статья — о теореме планиметрии. О теореме для сферических треугольников см. Теорема синусов (сферическая геометрия).

Теоре́ма си́нусов — теорема, устанавливающая зависимость между длинами сторон треугольника и величиной противолежащих им углов. Существуют два варианта теоремы; обычная теорема синусов:

Стандартные обозначения

Стороны треугольника пропорциональны синусам противолежащих углов. ${\displaystyle {\frac {a}{\sin \alpha }}={\frac {b}{\sin \beta }}={\frac {c}{\sin \gamma }}}$

и расширенная теорема синусов:

Для произвольного треугольника ${\displaystyle {\frac {a}{\sin \alpha }}={\frac {b}{\sin \beta }}={\frac {c}{\sin \gamma }}=2R,}$ где ${\displaystyle a}$, ${\displaystyle b}$, ${\displaystyle c}$ — стороны треугольника, ${\displaystyle \alpha ,\beta ,\gamma }$ — соответственно противолежащие им углы, а ${\displaystyle R}$ — радиус окружности, описанной около треугольника.

Доказательства

Доказательство обычной теоремы синусов

Воспользуемся только определением высоты ${\displaystyle h_{b}}$ треугольника, опущенной на сторону b, и синуса для двух углов:

${\displaystyle h_{b}=a\sin \gamma =c\sin \alpha }$. Следовательно, ${\displaystyle {\frac {a}{\sin \alpha }}={\frac {c}{\sin \gamma }}}$, что и требовалось доказать. Повторив те же рассуждения для двух других сторон треугольника, получаем окончательный вариант обычной теоремы синусов. ∎

Доказательство расширенной теоремы синусов

Доказательство

Достаточно доказать, что

${\displaystyle {\frac {a}{\sin \alpha }}=2R.}$

Проведем диаметр ${\displaystyle |BG|}$ для описанной окружности. По свойству углов, вписанных в окружность, угол ${\displaystyle GCB}$ прямой, а угол ${\displaystyle CGB}$ равен либо ${\displaystyle \alpha }$, если точки ${\displaystyle A}$ и ${\displaystyle G}$ лежат по одну сторону от прямой ${\displaystyle BC}$, либо ${\displaystyle \pi -\alpha }$ в противном случае. Поскольку ${\displaystyle \sin(\pi -\alpha )=\sin \alpha }$, в обоих случаях получаем

${\displaystyle a=2R\sin \alpha }$.

Повторив то же рассуждение для двух других сторон треугольника, получаем:

${\displaystyle {\frac {a}{\sin \alpha }}={\frac {b}{\sin \beta }}={\frac {c}{\sin \gamma }}=2R.}$ ∎

Вариации и обобщения

В треугольнике против большего угла лежит бо́льшая сторона, против большей стороны лежит больший угол.

В симплексе

${\displaystyle V_{n}={\frac {n-1}{n}}\cdot {\frac {{V_{n-1}^{i}}{V_{n-1}^{j}}}{V_{n-2}^{i,j}}}\cdot \sin {A_{i,j}},}$

где ${\displaystyle A_{i,j}}$ — угол между гранями ${\displaystyle V_{n-1}^{i}}$ и ${\displaystyle V_{n-1}^{j}}$; ${\displaystyle V_{n-2}^{i,j}}$ — общая грань ${\displaystyle V_{n-1}^{i}}$ и ${\displaystyle V_{n-1}^{j}}$; ${\displaystyle V_{n}}$ — объём симплекса.

История

• В первой главе Альмагеста (около 140 года н. э.) теорема синусов используется, но явно не формулируется.
• Древнейшее из дошедших до нас доказательств теоремы синусов на плоскости описано в книге Насир ад-Дин Ат-Туси «Трактат о полном четырёхстороннике» написанной в XIII веке.
• Теорема синусов для сферического треугольника была доказана математиками средневекового Востока ещё в X веке. В труде Ал-Джайяни XI века «Книга о неизвестных дугах сферы» приводилось общее доказательство теоремы синусов на сфере.

Вариации и обобщения

• Сферическая теорема синусов
• На плоскости Лобачевского с кривизной ${\displaystyle -1}$ теорема синусов принимает следующую форму:

  ${\displaystyle {\frac {\sin A}{\mathrm {sh} \,a}}={\frac {\sin B}{\mathrm {sh} \,b}}={\frac {\sin C}{\mathrm {sh} \,c}}.}$

• Теорема косинусов
• Теорема котангенсов
• Теорема о проекциях
• Теорема Пифагора
• Теорема тангенсов
• Тригонометрические тождества
• Тригонометрические функции
• Формулы Мольвейде

Примечания

1. Florian Cajori. A History of Mathematics (англ.). — 5th edition. — 1991. — P. 47.
2. Berggren, J. Lennart. Mathematics in Medieval Islam // The Mathematics of Egypt, Mesopotamia, China, India, and Islam: A Sourcebook (англ.). — Princeton University Press, 2007. — P. 518. — ISBN 9780691114859.
3. Sesiano just lists al-Wafa as a contributor. Sesiano, Jacques (2000). «Islamic mathematics», pp. 137. — Page 157, in Selin, Helaine; D'Ambrosio, Ubiratan (2000), Mathematics Across Cultures: The History of Non-western Mathematics, Springer, ISBN 1402002602
4. Abu Abd Allah Muhammad ibn Muadh Al-Jayyani  (неопр.). Дата обращения: 24 августа 2011. Архивировано 29 мая 2016 года.