間違いしかありません.コメントにてご指摘いただければ幸いです(気が付いた点を特に断りなく頻繁に書き直していますのでご注意ください).

多角形の頂点座標から面積を求める (グリーンの定理を用いて面積分を周回積分にして求める)

グリーンの定理(Green's theorem)

閉曲線Cで囲まれた領域Dを考える場合,C1級凾数P(x,y),Q(x,y)について以下が成り立つ。 D(Q(x,y)xP(x,y)y)dxdy=CP(x,y)dx+Q(x,y)dy

面積分を周回積分へ変形し,区間毎の積分に展開する

Dの面積Aは面積分で表すと A=D1dxdy であり,これをグリーンの定理の式で満たすために例えば Q(x,y)=xP(x,y)=0 とおく(それぞれ一階微分可能で連続(C1級凾数)).これは Q(x,y)xP(x,y)y=10=1 となり,グリーンの定理の面積分側の被積分凾数を表現できている.
このP,Qを用いて周回積分側の 被積分凾数を求めると以下のようになる. A=D1dxdy=D(Q(x,y)xP(x,y)y)dxdy=CP(x,y)dx+Q(x,y)dy=C0dx+xdy=Cxdy ここで周回積分を多角形として考える.多角形の各頂点の列を以下のように与えるとする. (x0,y0),(x1,y1),(x2,y2),,(xn,yn)=(x0,y0) 



周回積分を多角形の区間ごとに分割し,区間毎の積分の和として以下のようになる. A=Cxdy=k=1n(xk1,yk1)(xk,yk)xdy


多角形の頂点間線分(辺)に重なる直線の式を求める

多角形の各頂点において今の頂点(xk,yk)とその前の頂点(xk1,yk1)とを通る直線の式は以下のように求められる. yyk1=ykyk1xkxk1(xxk1)θ(p,q)(yq)=θ(xp)xkxk1ykyk1(yyk1)=xxk1xxk1=xkxk1ykyk1(yyk1)x=xkxk1ykyk1(yyk1)+xk1x=xkxk1ykyk1y+xkxk1ykyk1(yk1)+xk1=xkxk1ykyk1y+(xkxk1)(yk1)+xk1(ykyk1)ykyk1=xkxk1ykyk1y+xkyk1+xk1yk1+xk1ykxk1yk1ykyk1=xkxk1ykyk1y+xkyk1+xk1ykykyk1=xkxk1ykyk1y+xk1ykxkyk1ykyk1

区間毎の積分より面積を求める

区間毎の積分の和の式における被積分凾数に,先ほど求めた直線の式を代入する. A=k=1n(xk1,yk1)(xk,yk)xdy=k=1nyk1yk(xkxk1ykyk1y+xk1ykxkyk1ykyk1)dyx=xkxk1ykyk1y+xk1ykxkyk1ykyk1=k=1n{yk1ykxkxk1ykyk1ydy+yk1ykxk1ykxkyk1ykyk1dy}X(A(x)+B(x))dx=XA(x)dx+XB(x)dx=k=1n{xkxk1ykyk1yk1ykydy+xk1ykxkyk1ykyk1yk1ykdy}XcA(x)dx=cXA(x)dx=k=1n{xkxk1ykyk1[12y2]yk1yk+xk1ykxkyk1ykyk1[y]yk1yk}=k=1n{12xkxk1ykyk1[y2]yk1yk+xk1ykxkyk1ykyk1[y]yk1yk}=k=1n{12xkxk1ykyk1(yk2yk12)+xk1ykxkyk1ykyk1(ykyk1)}=k=1n{12xkxk1ykyk1(yk+yk1)(ykyk1)+xk1ykxkyk1ykyk1(ykyk1)}A2B2=(A+B)(AB)=k=1n{12(xkxk1)(yk+yk1)+xk1ykxkyk1}=k=1n{12(xkyk+xkyk1xk1ykxk1yk1)+xk1ykxkyk1}=k=1n{12xkyk+(121)xkyk1+(12+1)xk1yk12xk1yk1}=k=1n{12xkyk12xkyk1+12xk1yk12xk1yk1}=k=1n{12(xkykxkyk1+xk1ykxk1yk1)}=k=1n[12{xk(ykyk1)+xk1(ykyk1)}]=k=1n12(xk+xk1)(ykyk1)=12k=1n(xk+xk1)(ykyk1) 多角形の頂点座標から,その面積が求められた.

例:正四角形

(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4=x0,y4=y0)=(0,0),(1,0),(1,1),(0,1),(0,0) A=12k=1n(xk+xk1)(ykyk1)=12{(x1+x0)(y1y0)+(x2+x1)(y2y1)+(x3+x2)(y3y2)+(x4+x3)(y4y3)}=12{(1+0)(00)+(1+1)(10)+(0+1)(11)+(0+0)(01)}=12(0+2+0+0)=122=1

例:二等辺三角形

(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2),(x3=x0,y3=y0)=(0,0),(1,0),(12,1),(0,0) A=12k=1n(xk+xk1)(ykyk1)=12{(x1+x0)(y1y0)+(x2+x1)(y2y1)+(x3+x2)(y3y2)}=12{(1+0)(00)+(12+1)(10)+(0+12)(01)}=12(0+3212)=121=12

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