{{Infobox polygon
| name = 四邊形
| image = Six Quadrilaterals.svg
| caption = 十種四邊形,分別為正方形、菱形、矩形、梯形、平行四邊形和凹四邊形
| edges = 1
| schläfli = \left\{4\right\} (正方形時)
| area = 不同的四邊形有不同的算法
見下文
| angle = 90 (正方形和長方形時)}}
在幾何學中,四邊形是指有四條邊和四個頂點的多邊形,其內角和為360度。四邊形有很多種,其中對稱性最高的是正方形,其次是長方形或菱形,較低對稱性的四邊形如等腰梯形和鷂形,對稱軸只有一條。其他的四邊形依照其類角的性質可以分成凸四邊形和非凸四邊形,其中凸四邊形代表所有內角角度皆小於180度。非凸四邊形可以再進一步分成凹四邊形和複雜四邊形,其中複雜四邊形表示邊自我相交的四邊形。
簡單四邊形
四邊形可以分成簡單四邊形和複雜四邊形兩大類,簡單四邊形表示邊沒有交錯的四邊形,複雜四邊形表示邊有交錯的四邊形。
凸四邊形
凸四邊形是指所有角都比平角小的四邊形,且兩條對角線都落在其內部。
- 不規則凸四邊形:是凸四邊形中最大的子集,包含了所有的凸四邊形,一般會用任意凸四邊形稱呼之。
- 不平行四邊形:沒有任何邊互相平行的四邊形。這個四邊形的名稱在英式英文與美式英文中有不同的稱呼,英式英文將之稱為「」,而北美英文則稱為「trapezium」。
- 梯形:只有一雙對邊平行的四邊形。這個四邊形的名稱在英式英文與美式英文中有不同的稱呼,英式英文將之稱為,而北美英文則稱為trapezoid。
- 等腰梯形:一雙對邊平行、另外兩邊等長但不平行,也称为圓內接梯形,是有一對平行邊的圓內接四邊形,一種擁有更高的對稱性的梯形。
- 三等邊梯形:一雙對邊平行、另外兩邊和一底邊等長的梯形。
- 平行四邊形:具有兩對平行邊的四邊形或兩對邊平行的四邊形。其等效條件是有兩對邊等長、兩對角等角,或者是對角線彼此平分。正方形、長方形、斜方形和菱形都是平行四邊形。
- 菱形:主流文獻上有兩種定義。較粗疏的定義是四邊相等,在這定義下,正方形是菱形的一種。另外一種定義較嚴謹,菱形是四邊相等,但角不是直角。在這定義下的正方形就不是菱形的一種。
- 斜方形:對角相等且對邊相等,但邊不全相等且角不是直角的四邊形。其英語名稱為Rhomboid,容易與菱形()混淆。
- 矩形:四個角都是直角的四邊形。其等效條件是對角線互相平分且等長。正方形和長方形是矩形的一種。
- 長方形:角是直角,但四邊不全相等的四邊形。
- 平分对角线四边形:至少有一条對角線平分另一条對角線的四边形。
- 旁心四邊形:四條邊向外延伸後能與一個圓心在四邊形外的圓相切的四邊形。
- Equilic四邊形:表示有一對邊長度相等,且兩者成60度角的四邊形。
- 瓦特四邊形:一個對邊等長的四邊形。
- 二次四邊形:是指四個頂點都落在正方形周界上的四邊形。
- 直徑四邊形 :是指有一條邊是外接圓圓心的圆内接四边形。
非凸四邊形
簡單四邊形中的非凸四邊形是指不是凸四邊形的其他四邊形。
- 凹四邊形:是指有至少一個角大於180度的四邊形。
- 鏢形(或箭頭形、凹鷂形):相鄰邊等長的凹四邊形。
複雜四邊形
是複雜四邊形的一個例子]]
邊自我相交的四邊形稱為複雜四邊形、折四邊形、交叉四邊形、蝴蝶四邊形或領結四邊形。交叉四邊形在兩個相交邊的四個內角(兩個銳角和兩個優角)內角和可達720度。
- 星形四邊形(或四角星):指邊自相交的一種四邊形,但只能是退化的多邊形,即兩個二角形的複合圖形。
- 折四邊形:兩對邊相交的四邊形。
- 反平行四邊形:兩對邊等長的折四邊形。
- 交叉矩形:有一對邊平行且其對角線和平行的對邊可以形成一個矩形的反平行四邊形。
- 交叉正方形:有一對邊平行且交叉的對邊互相垂直。
分類
面積
任意凸
:K = \tfrac{1}{2} pq \cdot \sin \theta,
其中p、q表示兩對角線的長度,\theta是對角線的夾角在正交四边形(如菱形、正方形或鷂形等),這個式子可以化簡成:
:K=\tfrac{1}{2}pq
其中由於\theta是90°,因此修正項\sin \theta可以消掉。
若凸四邊形的四邊長度分別是a、b、c、d,對角線長度為e、f,對角線相交的角度為\theta,其面積為:
:\frac{1}{4}\sqrt{4e^2f^2-\left(b^2+d^2-a^2-c^2\right)^2}
:\frac{1}{2} e f \sin \theta
:\frac{1}{4}\left(b^2+d^2-a^2-c^2\right) \tan \theta
若對角線相交的角度為\theta,四邊形的對邊的關係:
\theta = 90^\circ \Longleftrightarrow a^2+c^2 = b^2+d^2
底下是一些針對特殊四邊形的面積公式:
- 圆内接四边形:婆羅摩笈多公式
- 梯形:兩底邊之和×高÷2
- 鷂形(箏-{}-形):兩對角線之積÷2
- 平行四邊形:底邊×高
- 菱形:兩對角線之積÷2
- 矩形:兩相鄰邊之積
- 雙心四邊形:a、b、c、d為四邊邊長,其面積A=\sqrt{abcd}
- 正方形:邊長平方
- 反平行四邊形:計算其中一半三角形再×2,其面積為(長×闊÷2)×2/(長×闊),因×2÷2可相互抵銷。
扭歪四邊形
扭歪四邊形,又稱不共面四邊形,是指頂點並非完全共面的四邊形。因為扭歪四邊形不存在唯一確定的內部區域,故無法計算其面積。
參考文獻
外部連結
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