Как сделать правильный 12 угольник с помощью циркуля

Обновлено: 02.07.2024

Презентация на тему: " ПОСТРОЕНИЕ ПРАВИЛЬНЫХ МНОГОУГОЛЬНИКОВ ЦИРКУЛЕМ И ЛИНЕЙКОЙ." — Транскрипт:

1 ПОСТРОЕНИЕ ПРАВИЛЬНЫХ МНОГОУГОЛЬНИКОВ ЦИРКУЛЕМ И ЛИНЕЙКОЙ.

2 ВЫПУКЛЫЕ И НЕВЫПУКЛЫЕ МНОГОУГОЛЬНИКИ МНОГОУГОЛЬНИК - ЭТО ФИГУРА, СОСТАВЛЕННАЯ ИЗ ОТРЕЗКОВ ТАК, ЧТО СМЕЖНЫЕ ОТРЕЗКИ НЕ ЛЕЖАТ НА ОДНОЙ ПРЯМОЙ, А НЕСМЕЖНЫЕ ОТРЕЗКИ НЕ ИМЕЮТ ОБЩИХ ТОЧЕК. МНОГОУГОЛЬНИК НАЗЫВАЕТСЯ ВЫПУКЛЫМ, ЕСЛИ ОН ЛЕЖИТ ПО ОДНУ СТОРОНУ ОТ ЛЮБОЙ ПРЯМОЙ, СОДЕРЖАЩЕЙ ЕГО СТОРОНУ. НА РИСУНКЕ 1 МНОГОУГОЛЬНИК F1 ВЫПУКЛЫЙ, А МНОГОУГОЛЬНИК F2 НЕВЫПУКЛЫЙ. МНОГОУГОЛЬНИК НАЗЫВАЕТСЯ НЕВЫПУКЛЫМ, ЕСЛИ ПРЯМАЯ, СОДЕРЖАЩАЯ СТОРОНУ МНОГОУГОЛЬНИКА РАЗБИВАЕТ ЕГО НА ДВЕ ЧАСТИ.

3 ПРАВИЛЬНЫЕ МНОГОУГОЛЬНИКИ НА РИСУНКЕ 1 ПРЕДСТАВЛЕНЫ ПРАВИЛЬНЫЙ ТРЕУГОЛЬНИК, ШЕСТИУГОЛЬНИК И ЧЕТЫРЕХ УГОЛЬНИК.

4 Около любого правильного многоугольника можно описать окружность, и притом только одну, и также в любой правильный многоугольник можно вписать окружность, и притом только одну. Центры описанной около правильного многоугольника и вписанной в него окружностей совпадают. Радиус описанного круга -это радиус правильного многоугольника. Центр правильного многоугольника равноудален от всех его сторон и от всех вершин, поэтому он служит одновременно центром вписанной и описанной окружностей многоугольника (рис.3 )

5 Теорема. Многоугольник, вписанный в окружность, является выпуклым. Если все стороны вписанного многоугольника равны, то он является правильным.

6 ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ. ВЫЧИСЛЕНИЕ УГЛА ПРАВИЛЬНОГО МНОГОУГОЛЬНИКА : СТОРОНА ПРАВИЛЬНОГО МНОГОУГОЛЬНИКА : ПЛОЩАДЬ ПРАВИЛЬНОГО МНОГОУГОЛЬНИКА : РАДИУС ВПИСАННОЙ ОКРУЖНОСТИ :

7 . ПРИМЕНЕНИЕ ФОРМУЛ ДЛЯ ПРАВИЛЬНОГО ТРЕУГОЛЬНИКА ДЛЯ ПРАВИЛЬНОГО ЧЕТЫРЕХУГОЛЬНИКА ДЛЯ ПРАВИЛЬНОГО ШЕСТИУГОЛЬНИКА

8 Построение правильного многоугольника по его стороне (с использованием поворота) Правильным называют многоугольник, у которого все стороны равны и все углы равны. Предварительно необходимо вычислить внутренний угол правильного многоугольника. Из школьного курса геометрии вам известно (или будет известно немного позже), что сумма углов выпуклого n-угольника равна 180 o (n - 2). Исходя из этой теоремы, несложно вычислить величину внутреннего угла правильного многоугольника. В таблице ниже приведены значения сумм углов и внутренних углов для некоторых правильных многоугольников. Зная величину внутреннего угла правильного многоугольника, построить сам многоугольник не составит труда. 1. Построим две точки - две соседние вершины многоугольника. 2. Одну из точек отметим как центр поворота, выделим вторую точку и повернём её на внутренний угол. В результате будет построена третья вершина многоугольника. 3. Только что построенную точку отметим в качестве центра поворота и повернём на внутренний угол соседнюю вершину (бывший центр). Будет построена четвёртая вершина. 4. Третий шаг будем повторять до тех пор, пока не будут построены все вершины многоугольника. 5. Последовательно соединить вершины многоугольника отрезками.

9 ЛЮБОЙ ЛИ ПРАВИЛЬНЫЙ МНОГОУГОЛЬНИК МОЖНО ПОСТРОИТЬ С ПОМОЩЬЮ ЦИРКУЛЯ И ЛИНЕЙКИ ? ЕСЛИ ПОСТРОЕН КАКОЙ - НИБУДЬ ПРАВИЛЬНЫЙ N- УГОЛЬНИК, ТО С ПОМОЩЬЮ ЦИРКУЛЯ И ЛИНЕЙКИ МОЖНО ПОСТРОИТЬ ПРАВИЛЬНЫЙ 2N- УГОЛЬНИК. ОПИШЕМ ОКОЛО ДАННОГО МНОГОУГОЛЬНИКА А 1, А 2… А N O КРУЖНОСТЬ. ДЛЯ ЭТОГО ПОСТРОИМ СЕРЕДИННЫЕ ПЕРПЕНДИКУЛЯРЫ A И B К O ТРЕЗКАМ А 1 А 2 И А 2 А 3 ( НА РИСУНКЕ N= 4). ОНИ ПЕРЕСЕКАЮТСЯ В НЕКОТОРОЙ ТОЧКЕ О. ОКРУЖНОСТЬ С ЦЕНТРОМ О РАДИУСА ОА 1 ЯВЛЯЕТСЯ ОПИСАННОЙ ОКОЛО МНОГОУГОЛЬНИКА А 1 А 2… А N. ПОСТРОИМ ТЕПЕРЬ СЕРЕДИНЫ B1, B2, …, BN СООТВЕТСТВЕННО ДУГ А 1 А 2, А 2 А 3,…, А N А 1 СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ. ТОЧКИ B1 И B2 ПОЛУЧАЮТСЯ КАК ТОЧКИ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ ПРЯМЫХ А И B С ДУГАМИ А 1 А 2 И А 2 А 3. ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ТОЧКИ B3 ПРОВЕДЁМ O КРУЖНОСТЬ С ЦЕНТРОМ А 3 РАДИУСА А 3 B2. ОДНА ИЗ ТОЧЕК ПЕРЕСЕЧЕНИЯ ЭТОЙ O КРУЖНОСТИ С ОПИСАННОЙ ОКРУЖНОСТЬЮ ЕСТЬ ТОЧКА B2, А ДРУГАЯ - ИСКОМАЯ ТОЧКА B3. АНАЛОГИЧНО СТРОЯТСЯ ТОЧКИ B4,…, BN. СОЕДИНИВ КАЖДУЮ ИЗ ТОЧЕК B1,B2,…, BN ОТРЕЗКАМИ С КОНЦАМИ СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ ДУГИ, ПОЛУЧИМ 2N- УГОЛЬНИК А 1 В 1 А 2 В 2 А 3… А N BN, КОТОРЫЙ ЯВЛЯЕТСЯ ПРАВИЛЬНЫМ В СИЛУ ТЕОРЕМЫ О ВПИСАННОМ В ОКРУЖНОСТЬ МНОГОУГОЛЬНИКЕ НА РИСУНКЕ ПО ДАННОМУ ПРАВИЛЬНОМУ ЧЕТЫРЁХУГОЛЬНИКУ А 1 А 2 А 3 А 4 ПОСТРОЕН ПРАВИЛЬНЫЙ ВОСЬМИУГОЛЬНИК А 1 В 1 А 2… В 4. ИТАК, ЕСЛИ МЫ МОЖЕМ ПОСТРОИТЬ ЦИРКУЛЕМ И ЛИНЕЙКОЙ ПРАВИЛЬНЫЙ N- УГОЛЬНИК, ГДЕ N - ДАННОЕ НАТУРАЛЬНОЕ ЧИСЛО, ТО МОЖНО ПОСТРОИТЬ ПРАВИЛЬНЫЕ 2N- УГОЛЬНИК, 4N- УГОЛЬНИК И, ВООБЩЕ, (2^K*N)- УГОЛЬНИК, ГДЕ K - ЛЮБОЕ НАТУРАЛЬНОЕ ЧИСЛО.

10 ПОСТРОЕНИЕ ПРАВИЛЬНЫХ МНОГОУГОЛЬНИКОВ С ПОМОЩЬЮ ЦИРКУЛЯ И ЛИНЕЙКИ. Задача 1. Построение правильного шестиугольника и треугольника.

12 . Задача 3. Найти углы правильного десятиугольника и выразить его сторону через радиус R описанной окружности. Решение. По формуле an=(n-2)/n*180° находим угол а 10 правильного десятиугольника: а 10=(10- 2)/10*180°= 144°. Пусть АВ- сторона правильного десятиугольника, вписанного в окружность радиуса R с центром в точке О. По формуле an= 2R*sin180°/n АВ=2R*sin18 °. Получим другое выражение для стороны АВ. С этой целью рассмотрим треугольник АВО и проведем его биссектрису АС. Так как угол АОВ= 360°/10= 36°, то угол ОАВ= (180°-36°)/2= 72°, угол ВАС= 1/2*угол ОАВ= 1/2*72°= 36°. Отсюда следует, что треугольник АОВ~ треугольнику САВ по двум углам (угол АОВ = угол ВАС= 36°, угол В -общий). Поэтому АВ=АС и АВ/ОВ= ВС/АВ. Далее, треугольник АОС равнобедренный (угол АОС= угол ОАС= 36°), следовательно, АС=ОС. Итак, АВ=АС=ОС=R-BC, откуда ВС=R-АВ, и пропорцию АВ/ОВ=ВС/АВ можно записать в виде АВ/R=(R-AB)/AB. Отсюда получаем квадратное уравнение относительно АВ: АВ + R*АВ -R =0. Решая это уравнение и учитывая, что АВ>0, находим АВ= R/2( 5-1) ( Замечание. Сравнивая полученное выражение для АВ с равенством АВ=2R*sin18°, находим значение sin18°: sin18°= ( 5-1)/4

13 Задача 4. Построение правильного десятиугольника и пятиугольника. Пусть w- данная окружность радиуса R c центром О. Построим сначала правильный десятиугольник, вписанный в окружность w. Для этого проведем взаимно перпендикулярные радиусы ОА1 и ОВ окружности w и на отрезке ОВ как на диаметре построим окружность с центром С. Отрезок А1С пересекает эту окружность в некоторой точке D. Докажем, что отрезок А1D равен стороне правильного десятиугольника, вписанного в окружность w. В самом деле, А 1 D=А 1 С-R/2, А 1 С = А 1 О + ОС = R + ( R /2) = 5 R /4 = R 5/2 А 1 D= R 5/2 – R/2 = R /2 ( 5-1) Далее отметим на окружности w точки А2, А3, …, А10 так, что А1А2= А2А3=… =А9А10 = А1D. Десятиугольник А1А2…А10- искомый. Для того, чтобы построить правильный пятиугольник нужно соединить точки данного десятиугольника через одну, значит соединим точки А1,А3,А5,А7,А9. Пятиугольник А1А3А5А7А9- искомый.

14 . Задача 5. В данную окружность вписать правильный пятнадцатиугольник. Решение. Пусть w- данная окружность радиуса R с центром O и АВ - сторона правильного вписанного в эту окружность десятиугольника, а АС- сторона правильного вписанного шестиугольника, причем точки В и С расположены на окружности так, как показано на рисунке а). Тогда, очевидно, дуга АВ=36°, дуга АС=60°, поэтому дуга ВС=24°. Следовательно, угол ВОС=24°=360°/15°, и, значит, отрезок ВС- сторона правильного пятнадцатиугольника, вписанного в окружность w. Так как мы умеем строить циркулем и линейкой отрезки АВ=((корень из 5-1)/2)*R и АС=R (рис.б)), то можем построить отрезок ВС. Возьмем далее на окружности w произвольную точку А1 и, пользуясь циркулем, отметим на этой окружности последовательно точки А2, А3,…, А15 так, что А1А2 = А2А3=…= А14А15= ВС. Проведя затем отрезки А1А2, А2А3,…, А14А15, А15А1, получим искомый правильный пятнадцатиугольник А1А2…А15 (рис. в)).

15 Решение. Проведем лучи ОА1, ОА2. ОАn и на этих лучах построим вершины искомого n-угольника. Для этого на луче А2А1 отложим отрезок А2С, равный отрезку PQ, и через точку С проведем прямую, параллельную прямой ОА2 (на рисунке n=8). Точку пересечения этой прямой с лучом ОА1 обозначим В1. Проведем теперь окружность с центром О радиуса ОВ1 и обозначим через В2, В3. Вn точки пересечения этой окружности с лучами ОА2, ОА3. ОАn. Построим, наконец, отрезки В1В2, В2В3. ВnВ1. Получим искомый правильный n- угольник В1В2. Вn. Задача 6. Дан правильный n-угольник А1А2. Аn, вписанный в окружность с центром О. Построить n-угольник, сторона которого равна данному отрезку PQ.

18 ПЛАТОНОВЫ ТЕЛА ПЛАТОНОВЫ ТЕЛА - ТРЕХМЕРНЫЙ АНАЛОГ ПЛОСКИХ ПРАВИЛЬНЫХ МНОГОУГОЛЬНИКОВ. СУЩЕСТВУЕТ ЛИШЬ ПЯТЬ ВЫПУКЛЫХ ПРАВИЛЬНЫХ МНОГОГРАННИКОВ - ТЕТРАЭДР, ОКТАЭДР И ИКОСАЭДР С ТРЕУГОЛЬНЫМИ ГРАНЯМИ, КУБ ( ГЕКСАЭДР ) С КВАДРАТНЫМИ ГРАНЯМИ И ДОДЕКАЭДР С ПЯТИУГОЛЬНЫМИ ГРАНЯМИ. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ЭТОГО ФАКТА ИЗВЕСТНО УЖЕ БОЛЕЕ ДВУХ ТЫСЯЧ ЛЕТ ; ЭТИМ ДОКАЗАТЕЛЬСТВОМ И ИЗУЧЕНИЕМ ПЯТИ ПРАВИЛЬНЫХ ТЕЛ ЗАВЕРШАЮТСЯ " НАЧАЛА " ЕВКЛИДА. СУЩЕСТВОВАНИЕ ТОЛЬКО ПЯТИ ПРАВИЛЬНЫХ МНОГОГРАННИКОВ ОТНОСИЛИ К СТРОЕНИЮ МАТЕРИИ И ВСЕЛЕННОЙ. ПИФАГОРЕЙЦЫ, А ЗАТЕМ ПЛАТОН ПОЛАГАЛИ, ЧТО МАТЕРИЯ СОСТОИТ ИЗ ЧЕТЫРЕХ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ : ОГНЯ, ЗЕМЛИ, ВОЗДУХА И ВОДЫ. СОГЛАСНО ИХ МНЕНИЮ, АТОМЫ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДОЛЖНЫ ИМЕТЬ ФОРМУ РАЗЛИЧНЫХ ПЛАТОНОВЫХ ТЕЛ.

19 огонь огонь тетраэдр тетраэдр вода вода икосаэдр икосаэдр воздух воздух октаэдр октаэдр земля земля гексаэдр гексаэдр вселенная вселенная додекаэдр додекаэдр

21 " ПОРЯДОК И ХАОС ". Большое количество различных многогранников может быть получено объединением правильных многогранников, а также превращением многогранника в звезду. Для преобразования многогранника в звезду необходимо заменить каждую его грань пирамидой, основанием которой является грань многогранника. Изящный пример звездчатого додекаэдра можно найти в работе " порядок и хаос ". В данном случае звездчатый многогранник помещен внутрь стеклянной сферы. Аскетичная красота этой конструкции контрастирует с беспорядочно разбросанным по столу мусором. Заметим также, что анализируя картину можно догадаться о природе источника света для всей композиции - это окно, которое отражается левой верхней части сферы.

22 Гравюра "Звезды" Фигуры, полученные объединением правильных многогранников, можно встретить во многих работах Эшера. Наиболее интересной среди них является гравюра "Звезды", на которой можно увидеть тела, полученные объединением тетраэдров, кубов и октаэдров. Если бы Эшер изобразил в данной работе лишь различные варианты многогранников, мы никогда бы не узнали о ней. Но он по какой-то причине поместил внутрь центральной фигуры хамелеонов, чтобы затруднить нам восприятие всей фигуры. Таким образом нам необходимо отвлечься от привычного восприятия картины и попытаться взглянуть на нее свежим взором, чтобы представить ее целиком. Этот аспект данной картины является еще одним предметом восхищения математиков творчеством Эшера.

Построение с помощью циркуля и линейки – древнейший способ расчета в евклидовой геометрии. Известен со времен Древней Греции. Данная тема изучается в средних и старших классах на уроках геометрии.

Рассмотрим все случаи построения на конкретных примерах.

Построение отрезка, равного данному

Есть отрезок СD. Задача - начертить равнозначный данному отрезок той же величины.

Строится луч, имеющий начало в т. A. Циркуль отмеряет существующий отрезок CD. Циркулем откладывается отрезок, равнозначный первому отрезку, на том же начерченном луче от его начала (A).

Для подобного чертежа ножку с иглой закрепляют в начале луча A, а с помощью части с грифелем проводится дуга до места соприкосновения с лучом. Данную точку можно обозначить т. B.

Отрезок AB будет равнозначен отрезку СD. Задача решена.

Деление отрезка пополам

Имеется отрезок AB.

Сначала следует нарисовать окружность с радиусом больше половины отрезка AB с центром в т. A.

Далее чертится круг с тем же радиусом с серединой в т. B. В местах пересечения окружностей имеем т. C и т. D.

Сквозь эти точки требуется провести прямую линию. Получаем т. E, которая будет серединой отрезка AB.

Построение угла, равного данному

Имеется угол ABC.

Вблизи угла проводится луч ED. Далее чертится окружность с серединой в т. B. В итоге имеем точки M и N.

Оставив раствор циркуля прежним, рисуют круг с серединой в т. E. В точке соприкосновения имеем т. K.

Поменяв раствор циркуля на длину расстояния между т. M и т. N, нужно провести окружность с серединой в т. K. В итоге получается т. F. После чертится прямая из т. E через т. F. Образуется угол DEF, который будет равнозначен углу ABC. Задача решена.

Построение перпендикулярных прямых

Пример 1

Точка O находится на прямой a.

Есть прямая и точка, находящаяся на ней. Нанести линию, идущую через существующую точку и находящуюся под прямым углом к имеющейся прямой.

Шаг 1. Чертим круг с рандомным радиусом r с серединой в т. O. Окружность соприкасается с прямой в т. A и т. B.

Шаг 2. Из имеющихся точек строится круг с радиусом AB. Точки С и D являются точками соприкосновения окружностей.

Приложив линейку, чертят прямую, сквозь т. O и одну из т. C или т. D, к примеру отрезок OC.

Доказательство, что прямая OC лежит перпендикулярно a.

Намечаются два отрезка - AC и CB. Получившиеся треугольники будут равны, согласно третьему признаку равенства треугольников. Значит, прямая CO перпендикулярна AB.

Пример 2

Точка O находится вне прямой а.

Нарисовать окружность с радиусом r из т. O. Она должна проходить сквозь прямую a. A и B — точки её соприкосновения с прямой.

Оставив прежний радиус, рисуем окружности с серединой в т. A и т. B. Точка O₁ - место их соприкосновения.

Рисуем линию, соединяющая т. O и т. O1.

Доказательство выглядит следующим образом.

Две прямые ОО₁ и AB пересекаются в т. C. Согласно третьему признаку равенства всех треугольников AOB = BO₁A. Из данного вывода следует, что угол OAC = O₁AC. Одноименные треугольники также будут равны (согласно первому признаку равенства всех треугольников).

Исходя из этого, выводим, что угол OCA = O₁CA, а, учитывая смежность углов, приходим к пониманию, что они прямые. А это означает, что OC – перпендикулярный отрезок, опущенный из т. O на прямую a. Задача решена.

Построение параллельных (непересекающихся) прямых

Имеется прямая и т. А, не лежащая на этой прямой.

Нужно отметить прямую, проходящую через т. A, и параллельную имеющейся прямой.

Берется рандомная точка на имеющейся прямой и именуется B. С помощью циркуля строится окружность радиуса AB с серединой в т. B. В месте пересечения окружности и данной прямой отмечается т. C.

Оставив прежний радиус, рисуется еще одна окружность, теперь уже с центром в т. C. При правильных расчетах дуга должна пройти через т. B.

C тем же радиусом AB строится окружность с серединой в т. A. Точку соприкосновения второй и третьей окружностей назовем D. Третья окружность, учитывая верность расчетов, также пройдет через т. B.

Проводится прямая через т. A и т. D, которая станет параллельной первой. В итоге, получились две параллельные прямые, BC и AD.

Построение правильного треугольника, вписанного в окружность

Правила построения правильного треугольника, вписанного в окружность:

Отметить отрезок AB, чья длина будет равняться а.

Взять циркуль. Часть с иголкой расположить на т. А, а часть с карандашом на т. B. Прочертить окружность. В итоге, радиус круга будет равнозначен длине отрезка AB.

Далее иглу размещают на т. B, а часть с грифелем на т. A. Чертится круг. В итоге, его радиус будет равнозначен длине отрезка AB.

На чертеже окружности пересеклись в двух точках. Далее нужно соединить т. A и т. B и одну из вышеупомянутых точек. В результате получится равносторонний треугольник.

Стороны такого треугольника равнозначны радиусам двух окружностей, которые равны длине а. Задача решена.

Построение правильного четырехугольника вписанного в окружность

Вариант 1

Исходя из данности, что диагонали любого квадрата пересекаются в середине окружности и находятся по отношению к его осям под углом 45 градусов, производят следующие действия. Пользуясь линейкой и уголком с углами 45 градусов (см. рисунок), размечают вершины т. 1 и т. 3.

Сквозь данные точки чертят отрезки, стороны четырехугольника, расположенные по горизонтали. Это т. 4 и т. 1, т. 3 и т. 2. В конце линейкой и уголком по его катету проводятся линии, расположенные по вертикали (высоты), отрезок т.1 — т. 2 и отрезок т. 4 — т. 3.

Вариант 2

Так как вершины правильного четырехугольника разделяют наполовину дуги окружностей, между точками диаметра (см. рисунок), то для достижения результата делают следующее: отмечают на точках перпендикулярных диаметров т. A, т. B и т. C и рисуют дуги до их соприкосновения.

После чертят прямые через места соприкосновения дуг, которые выделены на фигуре линиями. Точки соприкосновения с окружностью будут являться вершинами — это т. 1 и т. 3, т. 4 и т. 2. Данные вершины полученного квадрата соединяют друг с другом.

Задача выполнена двумя способами.

Построение вписанного в окружность правильного пятиугольника

Поместить на окружность т. 1, считая ее за вершину пятиугольника. Разделить отрезок AO пополам. Чтобы произвести подобную операцию, из т. A чертят дугу до места соприкосновения с окружностью в т. M и т. B.

Расположив конкретные точки на прямой, получаем т. K, и после совмещаем с т. 1. Радиусом, длина которого – отрезок А1, сделать изгиб из т. K до места соприкосновения с линией АО в т. H. После совместить т. 1 и т. H, образуя одну из пяти сторон пятиугольника.

Взять циркуль, величина раствора которого будет равна отрезку т.1 — т. H, нарисовать изгиб из т. 1 до соприкосновения с кругом. Так находят вершины 2 и 5. Отметив точки на вершинах 2 и 5, получают вершины 3 и 4. В конце все точки совмещают друг с другом.

Построение правильного шестиугольника, вписанного в окружность

Решение подобной задачи строится на свойствах, где сторона шестиугольника равнозначна радиусу круга.

Для расчета разделяют круг на шесть ровных частей и последовательно совмещают все полученные точки (см. рисунок). Задача решена.

Для решения задачи воспользуемся тем, что сторона шестиугольника равна радиусу описанной около него окружности, т.е. (смотри формулу для вычисления стороны правильного многоугольника), где - радиус окружности описанной около правильного многоугольника. Нам нужно построить правильный шестиугольник со стороной DC, поэтому с помощью циркуля измеряем отрезок DC и строим окружность радиуса DC, и отмечаем на ней произвольную точку А₁, центр окружности обозначаем буквой О.

Затем не меняя раствора циркуля, построим на этой окружности точки А₂, А₃, А₄, А₅, А₆, так, чтобы выполнялись равенства

А₁А₂ = А₂А₃ = А₃А₄ = А₄А₅ = А₅А₆ = DC (т.е. сначала строим окружность радиуса DC с центром в точке А₁ (всю окружность строить необязательно, смотри выделенное красным), данная окружность пересечет окружность с центром О в точке А₂, далее аналогично строим окружность радиуса DC с центром в точке А₂, она пересечет окружность с центром О в точке А₃ и т.д.).

Теперь соединяя последовательно построенные точки отрезками, получим искомый правильный шестиугольник А₁А₂А₃А₄А₅А₆.

Задача 2

Дан правильный -угольник. Построить правильный 2 -угольник.

Дано: правильный -угольник А₁А₂А₃. А_n.

Построить: правильный 2-угольник.

Решение:

Пусть, например, нам дан шестиугольник А₁А₂А₃А₄А₅А₆, значит, построить нужно двенадцатиугольник.

Сначала опишем около данного шестиугольника А₁А₂А₃А₄А₅А₆ окружность. Для этого построим биссектрисы углов А₁ и А₂. Чтобы построить биссектрису угла А₁, строим окружность произвольного радиуса с центром в точке А₁ (полностью окружность строить необязательно, смотри выделенное красным цветом), данная окружность пересечет стороны А₁А₂ и А₁А₆ угла А₁ в точках Е и К. Затем строим две окружности с центрами в точках Е и К радиуса ЕК (полностью окружности строить необязательно, смотри выделенное синим и зеленым цветом), данные окружности пересекутся в точке Р. Далее проводим луч А₁Р, который и будет биссектрисой угла А₁.

Аналогично строим биссектрису угла А₂.

Точку пересечения биссектрис углов А₁ и А₂ обозначаем буквой О и строим окружность радиуса ОА₁ с центром О (окружность описанная около А₁А₂А₃А₄А₅А₆).

Далее нужно каждую из дуг А₁А₂, А₂А₃, А₃А₄, А₄А₅, А₅А₆, А₆А₁ разделить пополам. Чтобы разделить дугу А₁А₂ пополам, построим серединный перпендикуляр к отрезку А₁А₂. Для этого строим две окружности с центрами в точках А₁ и А₂ радиуса А₁А₂ (полностью окружность строить необязательно, смотри выделенное красным цветом). Данные окружности пересекутся в двух точках, одну обозначим буквой М, а другая совпадет с точкой О, т.к. у шестиугольника сторона равна радиусу (с другими многоугольниками совпадения с точкой О не будет) . Затем проводим прямую МО, данная прямая пересечет дугу А₁А₂ в точке В₁, которая и разделит дугу А₁А₂ пополам. Далее точку В₁ соединяем с концами А₁ и А₂ дуги А₁А₂.

Аналогично находим точки В₂, В₃. Точки В₄, В₅, В₆ в данном случае строить необязательно, они получаются автоматически при построении точек В₁, В₂, В₃, т.к. шестиугольник симметричная фигура.

Мы выполняли построения на примере правильного шестиугольника, если мы имеем произвольный правильный -угольник, то все построения выполняются аналогично.

Применяя указанный способ, можно с помощью циркуля и линейки построить целый ряд правильных многоугольников, если построен один из них. Например, построив правильный треугольник и пользуясь результатом задачи 2, можно построить правильный шестиугольник, затем правильный двенадцатиугольник и вообще 2 k -угольник, где - любое целое число, больше двух.

Замечание

Не все правильные многоугольники можно построить с помощью циркуля и линейки. Доказано, например, что правильный семиугольник не может быть построен при помощи циркуля и линейки.

Альбрехт Дюрер (1471-1527гг) – немецкий живописец и график, признан крупнейшим европейским мастером ксилографии и одним из величайших мастеров западноевропейского искусства Ренессанса. Первый теоретик искусства среди североевропейских художников.

Построение правильного пятиугольника по Дюреру

Приближенное построение правильного пятиугольника А.Дюрером проводится при условии неизменности раствора циркуля, что повышает точность построения. Способ построения описан Дюрером так: "Однако пятиугольник, построенный неизменным раствором циркуля, делай так. Проведи две окружности так, чтобы каждая из них проходила через центр другой. Два центра А и В соедини прямой линией. Это и будет стороной пятиугольника. Точки пересечения окружностей обозначь сверху С, снизу D и проведи прямую линию CD. После этого возьми циркуль с неизменным раствором и, установив одну его ножку в точку D, другой проведи через оба центра А и В дугу до пересечения её с обеими окружностями. Точки пересечения обозначь через E и F, а точку пересечения с прямой CD обозначь буквой G. Теперь проведи прямую линию через Е и G до пересечения с линией окружности. Эту точку обозначь Н. Затем проведи другую линию через F и G до пересечения с линией окружности и поставь здесь J. Соединив J, A и H, B прямыми, получим три стороны пятиугольника. Дав возможность двум сторонам такой длины достигнуть совпадения в точке K из точек J и H, получим некоторый пятиугольник."

The Beauty of Truth запись закреплена

Построение правильных многоугольников при помощи циркуля и линейки и теорема Гаусса—Ванцеля.

На гифке представлено построение 257-угольника при помощи циркуля и линейки.

В частности, первый правильный многоугольник, который нельзя построить — это 7-угольник.

Случай чётного n сводится к случаю нечётного n, потому что есть стандартная процедура удвоения количества сторон. И наоборот, уменьшить в два раза n ничто не мешает, взяв половину вершин. Поэтому реальный интерес представляют только правильные n-угольники с нечётным n.

Тогда теорема говорит, что если n нечётно, то правильный n-угольник можно построить при помощи циркуля и линейки тогда и только тогда, когда n — это произведение различных простых чисел Ферма.

Нам известно только 5 простых чисел Ферма: 3, 5, 17, 257, 65537, поэтому нам известно только 2^5 - 1 = 31 правильный многоугольник с нечётным количеством углов, который можно построить при помощи циркуля и линейки.

Читайте также: