Корице уџбеника

IV.6. Правилни Многоуглови

Изабери решење задатка:

Задатак 13

Кратко решење

Шестоугао има \( D_6 = \frac{6\cdot 3}{2} = 9 \) дијагонала: \( 6 \) краћих и \( 3 \) дуже. Дуже пролазе кроз центар: \( d_2 = 2R = 2a \) (јер је \( R = a \)). Краће су странице једнакостраничног троугла \( ACE \) уписаног у исту кружницу: из \( R = \frac{s\sqrt{3}}{3} \) и \( R = a \) следи \( s = a\sqrt{3} \), дакле \[ d_1 = a\sqrt{3} \approx 1,73a, \qquad d_2 = 2a \]

Детаљно решење

Колико дијагонала има шестоугао

Укупан број дијагонала \( n \)-тоугла је \( D_n = \frac{n(n-3)}{2} \), па шестоугао има \[ D_6 = \frac{6\cdot(6-3)}{2} = \frac{18}{2} = 9 \] дијагонала. Код правилног шестоугла \( ABCDEF \) оне се деле на две врсте: краће дијагонале, које спајају темена између којих је једно теме: \( AC \), \( BD \), \( CE \), \( DF \), \( EA \), \( FB \) — има их \( 6 \);
дуже дијагонале, које спајају наспрамна темена: \( AD \), \( BE \), \( CF \) — има их \( 3 \). Заиста, \( 6 + 3 = 9 \).

Дуже дијагонале

Дуже дијагонале пролазе кроз центар \( O \) шестоугла и он их полови, а \( OA = OD = R = a \) (полупречник описане кружнице правилног шестоугла једнак је његовој страници). Зато је \[ d_2 = AD = OA + OD = a + a = 2a \]

Краће дијагонале

Троугао \( ACE \) је једнакостраничан (то смо доказали у задатку 7) и уписан је у исту кружницу као и шестоугао, дакле у кружницу полупречника \( R = a \). За једнакостранични троугао странице \( s \) важи \( R = \frac{s\sqrt{3}}{3} \), па је \[ a = \frac{s\sqrt{3}}{3} \Rightarrow s = \frac{3a}{\sqrt{3}} = \frac{3a\sqrt{3}}{3} = a\sqrt{3} \] Страница троугла \( ACE \) јесте баш краћа дијагонала шестоугла, дакле \[ d_1 = a\sqrt{3} \approx 1,73a \]

Провера другим путем

Посматрајмо троугао \( ABC \): он је једнакокрак, \( AB = BC = a \), а угао при врху је унутрашњи угао шестоугла \( \angle ABC = 120^\circ \). Углови на основици су \( \frac{180^\circ - 120^\circ}{2} = 30^\circ \). Нека је \( M \) средиште основице \( AC \); тада је \( BM \) висина. У правоуглом троуглу \( ABM \) катета \( BM \) лежи наспрам угла од \( 30^\circ \), па је једнака половини хипотенузе: \( BM = \frac{a}{2} \). По Питагориној теореми: \[ AM^2 = a^2 - \left(\frac{a}{2}\right)^2 = \frac{3a^2}{4} \Rightarrow AM = \frac{a\sqrt{3}}{2} \] \[ AC = 2\cdot AM = a\sqrt{3} \] Оба поступка дају исто, па је решење тачно.

Закључак

Правилан шестоугао странице \( a \) има шест краћих дијагонала дужине \( a\sqrt{3} \) и три дуже дијагонале дужине \( 2a \).

Кратак запис решења:

Шест краћих дијагонала: \( d_1 = a\sqrt{3} \); три дуже (кроз центар): \( d_2 = 2R = 2a \).

Најважније из лекције

Кључне формуле за правилни многоугао са \( n \) темена:
Унутрашњи угао: \( \alpha_n = \frac{(n-2) \cdot 180^\circ}{n} \)
Спољашњи угао: \( \beta_n = \frac{360^\circ}{n} \)
Централни угао: \( \varphi_n = \frac{360^\circ}{n} \)
Сваки правилан многоугао има уписану и описану кружницу са истим центром. Правилан многоугао се може поделити на \( n \) карактеристичних једнакокраких троуглова чији су краци \( R \), основица \( a \) и висина \( r \). Код правилног шестоугла овај троугао је једнакостраничан, па је \( R = a \) и \( r = \frac{a\sqrt{3}}{2} \).
Правилан многоугао јесте многоугао чије су све странице једнаке и сви углови једнаки.
Унутрашњи угао \( \alpha_n \) правилног многоугла са \( n \) темена: \[ \alpha_n = \frac{(n - 2) \cdot 180^\circ}{n} \]
Спољашњи угао \( \beta_n \) правилног многоугла са \( n \) темена: \[ \beta_n = \frac{360^\circ}{n} \]
Ако се повећава број темена правилног многоугла, онда се повећава и мера унутрашњег угла тог многоугла. Сви спољашњи углови једног правилног многоугла су узајамно једнаки.
Сваки правилан многоугао је осно симетрична фигура. Осе симетрије су симетрале страница и симетрале унутрашњих углова тог многоугла. Број оса симетрије једнак је броју темена \( n \).
Око сваког правилног многоугла може се описати кружница и у сваки се може уписати кружница. Центри ових кружница се поклапају и та тачка се назива центар правилног многоугла.
  • Полупречник описане кружнице (\( R \)): дуж чије су крајње тачке центар многоугла и било које његово теме.
  • Полупречник уписане кружнице (\( r \)): дуж чије су крајње тачке центар многоугла и подножје нормале из центра на страницу многоугла.
Карактеристични троугао правилног многоугла јесте једнакокраки троугао чија су темена два суседна темена многоугла и центар многоугла. Правилан многоугао са \( n \) темена састоји се од \( n \) таквих подударних троуглова.
Приказ карактеристичног једнакокраког троугла правилног многоугла са означеним елементима: основицом a (страница многоугла), крацима R (полупречник описане кружнице), висином на основицу r (полупречник уписане кружнице) и централним углом при врху.
За карактеристични троугао важи:
  • основица је једнака страници многоугла (\( a \));
  • крак је једнак полупречнику описане кружнице (\( R \));
  • висина која одговара основици једнака је полупречнику уписане кружнице (\( r \));
  • углови налегли на основицу једнаки су половини унутрашњег угла (\( \frac{\alpha_n}{2} \));
  • угао при врху назива се централни угао (\( \varphi_n \)) и рачуна се као \( \varphi_n = \frac{360^\circ}{n} \).
Карактеристични троугао правилног шестоугла (\( n = 6 \)) је једнакостранични троугао чија је страница једнака страници тог шестоугла. За правилан шестоугао важи: \[ R = a, \quad r = \frac{a\sqrt{3}}{2} \]

Задаци за вежбање

Лак: Израчунај меру унутрашњег и спољашњег угла правилног осмоугла (\( n = 8 \)).
Спољашњи угао: \( \beta_8 = \frac{360^\circ}{8} = 45^\circ \).
Унутрашњи угао се може израчунати преко формуле или као суплементан спољашњем: \( \alpha_8 = 180^\circ - \beta_8 = 180^\circ - 45^\circ = 135^\circ \).
Средњи: Колико темена (страница) има правилан многоугао чији је унутрашњи угао \( 144^\circ \)?
Ако је унутрашњи угао \( 144^\circ \), онда је његов одговарајући спољашњи угао \( \beta_n = 180^\circ - 144^\circ = 36^\circ \).
Како важи формула \( \beta_n = \frac{360^\circ}{n} \), имамо: \[ 36^\circ = \frac{360^\circ}{n} \implies n = \frac{360^\circ}{36^\circ} = 10 \] Одговор: У питању је правилни десетоугао (има 10 темена).
Тежак: Дужина странице правилног шестоугла је \( 4\text{ cm} \). Израчунај дужину полупречника описане (\( R \)) и уписане (\( r \)) кружнице тог шестоугла.
Карактеристични троугао правилног шестоугла је једнакостраничан, па важе формуле:
\( R = a \)
\( r = \frac{a\sqrt{3}}{2} \)
Заменом \( a = 4\text{ cm} \) добијамо:
\( R = 4\text{ cm} \)
\( r = \frac{4\sqrt{3}}{2} = 2\sqrt{3}\text{ cm} \).

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: