mały|Czworokąt wpisany w okrąg. Wzór Brahmagupty – wzór pozwalający obliczyć pole czworokąta wpisanego w okrąg (czworokąta cyklicznego), korzystając wyłącznie z długości jego boków:

,

gdzie:

– pole powierzchni czworokąta, – długości boków, – połowa obwodu czworokąta, tzw. półobwód:.

Wzór ten jest uogólnieniem wzoru Herona na przypadek czworokąta wpisanego w okrąg. Został podany przez indyjskiego matematyka Brahmaguptę w VII wieku.

Dowód mały|Rysunek do dowodu wzoru Brahmagupty. Dowód wzoru Brahmagupty można przeprowadzić, korzystając z uogólnienia wzoru Herona oraz własności czworokąta wpisanego w okrąg.

Rozważmy czworokąt wpisany w okrąg o bokach . Podzielmy go przekątną na dwa trójkąty o wspólnej przekątnej . Oznaczmy kąty między bokami oraz odpowiednio przez i . Ponieważ czworokąt jest wpisany w okrąg, zachodzi:

.

Pole czworokąta jest sumą pól dwóch trójkątów:

.

Korzystając ze wzoru na pole trójkąta przez dwa boki i kąt między nimi, mamy:

, .

Zatem:

.

Ponieważ , mamy , więc:

.

Aby wyeliminować , zastosujemy twierdzenie cosinusów w obu trójkątach:

, .

Ponieważ , otrzymujemy:

.

Porównując oba wyrażenia na , dostajemy:

.

Stąd:

.

Korzystając z tożsamości , wyznaczamy:

.

Podstawiając to do wzoru na pole:

,

otrzymujemy:

.

Po uproszczeniu wyrażenia pod pierwiastkiem (sprowadzeniu do wspólnego mianownika i rozłożeniu na czynniki) uzyskujemy:

,

gdzie , q.e.d.

Warunki stosowalności

Wzór Brahmagupty jest prawdziwy wyłącznie dla czworokątów wpisanych w okrąg, czyli takich, których wszystkie wierzchołki leżą na jednym okręgu. W szczególności oznacza to, że sumy miar przeciwległych kątów są równe:

.

Jeżeli czworokąt nie spełnia tego warunku, wzór nie daje poprawnej wartości pola.

Uogólnienie

Dla dowolnego czworokąta (niekoniecznie wpisanego w okrąg) pole można wyrazić poprzez twierdzenie Bretschneidera:

,

gdzie oznacza połowę sumy miar dwóch przeciwległych kątów czworokąta. W przypadku czworokąta wpisanego w okrąg zachodzi , a więc , co prowadzi do wzoru Brahmagupty.

Związek ze wzorem Herona

Wzór Brahmagupty można traktować jako uogólnienie wzoru Herona, co można zapisać w postaci granicy:

.

Historia

Wzór został opisany przez Brahmaguptę w dziele Brahmasphutasiddhanta (628 r.). Był jednym z pierwszych znanych wyników dotyczących geometrii czworokątów i stanowi ważny etap rozwoju matematyki indyjskiej.

Przypisy

Kategoria:Czworokąty Kategoria:Twierdzenia o okręgach i czworokątach