簡單理解利用向量叉積(行列式)求三角形面積

2021-10-05 05:19:37 字數 1495 閱讀 2428

求三角形面積有諸多公式:

s = 1/2 ah

s = 1/2 absinc,

s = sqrt(p*(p-a)(p-b)(p-c))…

對於不同的場合,每個公式都有自己的優勢,若是已知三個頂點座標a(x1,y1), b(x2,y2), c(x3,y3),若要求三點圍成的三角形的面積,對計算機而言這個公式應該是最適合的:

s = 1/2 * |(x2 - x1) * (y3-y1) - (y2 - y1) * (x3 - x1)|

也可以展開成:

s = 1/2 * |(x1y2 + x2y3 + x3y1 - x1y3 - x2y1 - x3y2)|

不過這種寫法的乘法運算要相對多一些。

當然比較常見是寫成行列式的樣子:

相信許多人對這條公式並不陌生,下面我按照自己的理解推導一下這個公式:

第一種理解:

已知:三角形三個頂點及座標a(x1,y1), b(x2,y2), c(x3,y3)

因為我們的目的是求面積,所以三角形的位置是無所謂的,首先,保持三角形整體不變,捉住三角形的某乙個頂點,把它拖到座標原點,如下圖,這裡就以點a為例,經過這樣的操作後三點座標就變成了a(0,0), b(x2-x1, y2-y1), c(x3-x1, y3-y1)

把三角形整個捉走幹什麼呢,其實是為了得到兩個向量:

把邊ab,邊ac分別看成向量b=(x2-x1, y2-y1, 0)和向量c=(x3-x1, y3-y1, 0),這時先回憶一下向量叉乘:

兩個向量叉乘的結果是乙個新向量,這個新向量垂直於原向量組成的平面,並且新向量的長度等於原向量合成的平行四邊形的面積

因為向量b,向量c 在xoy平面,所以叉乘得到的向量一定落在z軸上,設新向量d = (0 ,0 , z),|z| 便是向量b,c 合成的平行四邊形的面積,所以平行四邊形的一半,|z|/2便是我們要求的三角形abc的面積

有了這個思路,直接套上向量叉乘公式:

行列式的運算就不具體展示了,結果得:

向量d = (0, 0, (x2 - x1) * (y3-y1) - (y2 - y1) * (x3 - x1))。

根據上文,三角形abc的面積為|z|/2,即:

s = 1/2 * |(x2 - x1) * (y3-y1) - (y2 - y1) * (x3 - x1)|。

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