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C++ 已知三个点,求多边形的最小面积(Minimum area of a Polygon with three points given)

C++ 已知三个点,求多边形的最小面积(Minimum area of a Polygon with three points given)

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已知正多边形(n > 3)的三个顶点,求由这三个顶点构成的正多边形(四边相等)的最小面积。

例如:

输入:0.00 0.00
1.00 1.00
0.00 1.00
输出:1.00

通过取点 (1.00, 0.00) 形成

边长为 1.0 的正方形,因此面积 = 1.00。

在继续之前,需要注意一点:边数必须至少为 4(注意 n > 3 的条件)。
这里,我们需要找到正多边形的最小面积,因此,为了计算最小面积,我们需要计算所需的 n 值。由于边长未知,我们首先计算由这些点构成的三角形的外接圆半径。外接圆半径的计算公式为
R = abc / 4A ,其中 a、b、c 是所构成三角形的三边长,A 是三角形的面积。三角形的面积可以使用海伦公式计算。

计算出三角形的外接圆半径后,我们使用公式 A =​​ n × (sin(360/n) × r² /2)
计算正多边形的面积。这里,r 代表 n 边形(n 边正多边形)的外接圆半径。
但是,首先我们需要计算 n 的值。为了计算 n,我们首先需要利用余弦公式 计算三角形的三个角:
cosA = (b² + c² - a² ) / 2bc,
cosB = (a² + c² - b² ) / 2ac,
cosC = (a² + b² - c² ) / 2ab。

然后,n 的值由公式 n = π / GCD(A, B, C)给出 ,其中 A、B 和 C 是三角形的三个角。计算出 n 后,将其代入多边形面积的计算公式。以下是该方法的实现:

// CPP program to find minimum area of polygon of
// number of sides more than three with given three points.
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

// assigning pi value to variable
const double pi = 3.14159265359;

// calculating gcd value of two double values .
double gcd(double x, double y)
{
return fabs(y) < 1e-4 ? x : gcd(y, fmod(x, y));
}

// Calculating minimum area of polygon through this function .
double min_area_of_polygon(double Ax, double Ay, double Bx,
double By, double Cx, double Cy)
{
double a, b, c, Radius, Angle_A, Angle_B, Angle_C,
semiperimeter, n, area;

// calculating the length of the sides of the triangle
// formed from given points a, b, c represents the
// length of different sides of triangle .
a = sqrt((Bx - Cx) * (Bx - Cx) + (By - Cy) * (By - Cy));
b = sqrt((Ax - Cx) * (Ax - Cx) + (Ay - Cy) * (Ay - Cy));
c = sqrt((Ax - Bx) * (Ax - Bx) + (Ay - By) * (Ay - By));

// here we have calculated the semiperimeter of a triangle .
semiperimeter = (a + b + c) / 2;

// Now from the semiperimeter area of triangle is derived
// through the heron's formula .
double area_triangle = sqrt(semiperimeter * (semiperimeter - a)
* (semiperimeter - b)
* (semiperimeter - c));

// thus circumradius of the triangle is derived from the
// sides and area of the triangle calculated .
Radius = (a * b * c) / (4 * area_triangle);

// Now each angle of the triangle is derived from the sides
// of the triangle .
Angle_A = acos((b * b + c * c - a * a) / (2 * b * c));
Angle_B = acos((a * a + c * c - b * b) / (2 * a * c));
Angle_C = acos((b * b + a * a - c * c) / (2 * b * a));

// Now n is calculated such that area is minimum for
// the regular n-gon .
n = pi / gcd(gcd(Angle_A, Angle_B), Angle_C);

// calculating area of regular n-gon through the circumradius
// of the triangle .
area = (n * Radius * Radius * sin((2 * pi) / n)) / 2;

return area;
}

int main()
{
// three points are given as input .
double Ax, Ay, Bx, By, Cx, Cy;
Ax = 0.00;
Ay = 0.00;
Bx = 1.00;
By = 1.00;
Cx = 0.00;
Cy = 1.00;

printf("%.2f", min_area_of_polygon(Ax, Ay, Bx, By, Cx, Cy));
return 0;
}

输出:

1.00

时间复杂度: O(log(min(A,B,C)))

辅助空间: O(1),因为没有占用额外的空间。

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