mały|400px|Czworokąt ABCD

Twierdzenie Bretschneidera – twierdzenie geometryczne pozwalające obliczyć pole powierzchni dowolnego czworokąta znając jedynie długości jego boków oraz miary jego kątów. Zostało ono udowodnione niezależnie w 1842 roku przez Carla Bretschneidera oraz przez F. Strehlkego.

Wypowiedź twierdzenia Niech dany będzie dowolny czworokąt ABCD o bokach długości i oraz kątach (kolejno) i Oznaczmy połowę jego obwodu przez

Wtedy pole tego czworokąta wyraża się przez

Dowód twierdzenia mały|400px|Przypadek, gdy czworokąt ABCD nie jest wypukły. Na początek zauważmy, że w twierdzeniu nie jest istotne, którą parę przeciwległych kątów – i czy i – wybierzemy. Zachodzi bowiem

Oznaczmy pole czworokąta symbolem Wtedy

Zauważmy, że wzór ten działa zarówno, gdy czworokąt ABCD jest wypukły, jak i gdy jest wklęsły: przypuśćmy, że kąt ma miarę większą od kąta półpełnego. Wtedy wzór przyjmuje postać

Ale pole trójkąta BDC to

co ostatecznie daje ponownie wzór .

Przemnażając wzór przez 2 i podnosząc obustronnie do kwadratu, otrzymujemy

Z twierdzenia cosinusów zastosowanego do trójkątów ABD i BCD otrzymujemy

Łącząc powyższe równości otrzymujemy

Podnosząc równość do kwadratu i dzieląc przez 4, otrzymujemy:

Dodając stronami równania i oraz korzystając z tożsamości trygonometrycznych (jedynki trygonometrycznej, cosinusa sumy kątów oraz cosinusa podwojonego kąta), otrzymujemy kolejno:

Przemnażając obie strony przez 4 i przenosząc jeden ze składników sumy na drugą stronę, równość przyjmuje postać

Zapisując wyrażenie

jako

oraz korzystając z wzorów skróconego mnożenia, otrzymujemy

Wprowadzając połowę obwodu

otrzymujemy równość

z której, po podzieleniu przez 16 i obustronnym spierwiastkowaniu otrzymujemy wzór Bretschneidera.

Podobne twierdzenia Twierdzenie Bretschneidera to uogólnienie wzoru Brahmagupty, będącego z kolei uogólnieniem wzoru Herona. Jeśli czworokąt dany jest wpisany w koło, to przeciwległe kąty sumują się do kąta półpełnego i wtedy

Przypisy

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Bretschneidera