Корице уџбеника

IV.8. Обим И Површина Многоугла

Изабери решење задатка:

Задатак 10

Кратко решење

Звезда је шестоугао умањен за шест једнакокрако-правоуглих троуглова са хипотенузом \( a \). \[ P_{\text{шестоугла}} = \frac{3a^2\sqrt{3}}{2}, \qquad 2b^2 = a^2 \ \Rightarrow\ P_{\triangle} = \frac{b^2}{2} = \frac{a^2}{4}, \] \[ P_{\text{звезде}} = \frac{3a^2\sqrt{3}}{2} - 6 \cdot \frac{a^2}{4} = \frac{3a^2\left(\sqrt{3}-1\right)}{2} \approx 1,10\,a^2. \]

Детаљно решење

Шта је дато

Правилан шестоугао странице \( a \). Над сваком његовом страницом, као над хипотенузом, конструисан је са унутрашње стране по један једнакокрако-правоугли троугао (прав угао је у темену унутар шестоугла). Шест темена шестоугла и шест врхова тих троуглова образују шестокраку звезду.

Кључно запажање

Са слике се види да је звезда управо оно што остане од шестоугла када из њега уклонимо шест конструисаних троуглова (на слици су ти троуглови бели, а звезда је обојена): \[ P_{\text{звезде}} = P_{\text{шестоугла}} - 6 \cdot P_{\triangle}. \] Троуглови се међусобно не преклапају: у сваком темену шестоугла састају се два суседна троугла са угловима од по \( 45^\circ \), а унутрашњи угао шестоугла је \( 120^\circ \); како је \( 45^\circ + 45^\circ = 90^\circ \), остаје \( 120^\circ - 90^\circ = 30^\circ \) — то је баш угао при врху једног крака звезде.

Површина шестоугла

\[ P_{\text{шестоугла}} = 6 \cdot \frac{a^2\sqrt{3}}{4} = \frac{3a^2\sqrt{3}}{2}. \]

Површина једног троугла

Троугао је једнакокрако-правоугли са хипотенузом \( a \). За катету \( b \) из Питагорине теореме важи \[ 2b^2 = a^2 \ \Rightarrow\ b^2 = \frac{a^2}{2}, \] па је \[ P_{\triangle} = \frac{b \cdot b}{2} = \frac{b^2}{2} = \frac{a^2}{4}. \]

Површина звезде

\[ P_{\text{звезде}} = \frac{3a^2\sqrt{3}}{2} - 6 \cdot \frac{a^2}{4} = \frac{3a^2\sqrt{3}}{2} - \frac{3a^2}{2} = \frac{3a^2\left(\sqrt{3} - 1\right)}{2} \approx 1,10\,a^2. \]

Провера

Висина сваког троугла на хипотенузу је \( \frac{a}{2} \), а полупречник уписане кружнице шестоугла је \( r = \frac{a\sqrt{3}}{2} \approx 0,87\,a \). Како је \( \frac{a}{2} \lt \frac{a\sqrt{3}}{2} \), врхови троуглова заиста леже унутар шестоугла и не досежу до центра, па разлагање важи. Бројчано: \( P_{\text{шестоугла}} \approx 2,60\,a^2 \), шест троуглова \( 6 \cdot 0,25\,a^2 = 1,5\,a^2 \), разлика \( \approx 1,10\,a^2 \). ✔

Кратак запис решења:

Од површине шестоугла \( \frac{3a^2\sqrt{3}}{2} \) одузмемо шест троуглова од по \( \frac{a^2}{4} \): \( P = \frac{3a^2(\sqrt{3}-1)}{2} \approx 1,10\,a^2 \).

Најважније из лекције

  • Обим било ког многоугла је збир дужина свих његових страница. За правилне многоуглове: \( O = n \cdot a \).
  • Површина многоугла са уписаном кружницом може се израчунати преко обима \( O \) и полупречника уписане кружнице \( r \): \( P = \frac{r \cdot O}{2} \).
  • Површина правилног шестоугла са страницом \( a \) (код кога важи и \( a = R \)) рачуна се по формули: \( P = \frac{3a^2\sqrt{3}}{2} \).
Обим многоугла јесте збир дужина свих страница тог многоугла.
За правилан многоугао који има \( n \) једнаких страница дужине \( a \), обим се рачуна по формули: \[ O = n \cdot a \]
Ако су странице неправлиног петоугла \( 3 \text{ cm} \), \( 4 \text{ cm} \), \( 13 \text{ cm} \), \( 9 \text{ cm} \) и \( 15 \text{ cm} \), његов обим је збир свих страница: \( O = 3 + 4 + 13 + 9 + 15 = 44 \text{ cm} \).
Полупречник описане кружнице правилног шестоугла је \( R = 2 \text{ cm} \). Израчунај обим тог шестоугла.
Код правилног шестоугла, дужина странице једнака је полупречнику описане кружнице, односно \( a = R = 2 \text{ cm} \).
Обим правилног шестоугла је: \( O = 6 \cdot a = 6 \cdot 2 \text{ cm} = 12 \text{ cm} \).
Површина неке фигуре која се састоји од делова који се не преклапају једнака је збиру површина тих делова. Ако у многоугао можемо уписати кружницу, можемо га поделити на мање троуглове чија је висина управо полупречник уписане кружнице.
Многоугао (нпр. неправилан петоугао или троугао) са уписаном кружницом полупречника r. Центар кружнице је спојен дужима са свим теменима многоугла, чиме је многоугао подељен на мање троуглове. Висина сваког од тих троуглова је полупречник r.
Површина многоугла чији је обим \( O \) и у који се може уписати кружница полупречника дужине \( r \) рачуна се као: \[ P = \frac{r \cdot O}{2} \]
Страница ромба је \( a = 5 \text{ cm} \), а полупречник уписане кружнице је \( r = 1,5 \text{ cm} \). Израчунај површину тог ромба.
Прво рачунамо обим ромба (који је правилан четвороугао по питању страница):
\( O = 4 \cdot a = 4 \cdot 5 \text{ cm} = 20 \text{ cm} \).
Затим рачунамо површину:
\( P = \frac{r \cdot O}{2} = \frac{1,5 \text{ cm} \cdot 20 \text{ cm}}{2} = 15 \text{ cm}^2 \).
Сваки правилан многоугао са \( n \) темена може се разложити на \( n \) једнаких карактеристичних троуглова. Површина правилног многоугла једнака је збиру површина тих троуглова.
Површина правилног многоугла који има \( n \) страница дужине \( a \) и полупречник уписане кружнице \( r \) јесте: \[ P = n \cdot \frac{a \cdot r}{2} \]
У табели су приказане формуле за полупречник уписане кружнице и површину за три најпознатија правилна многоугла:
Многоугао Једнакостранични троугао (\( n=3 \)) Квадрат (\( n=4 \)) Правилни шестоугао (\( n=6 \))
Полупречник уписане кружнице (\( r \)) \( \frac{a\sqrt{3}}{6} \) \( \frac{a}{2} \) \( \frac{a\sqrt{3}}{2} \)
Површина (\( P \)) \( \frac{a^2\sqrt{3}}{4} \) \( a^2 \) \( \frac{3a^2\sqrt{3}}{2} \)
Израчунај површину правилног шестоугла ако је полупречник описане кружнице \( R = 4 \text{ cm} \).
Код правилног шестоугла страница је једнака полупречнику описане кружнице: \( a = R = 4 \text{ cm} \).
Користећи формулу из табеле:
\( P = \frac{3a^2\sqrt{3}}{2} = \frac{3 \cdot (4 \text{ cm})^2 \cdot \sqrt{3}}{2} = \frac{3 \cdot 16 \cdot \sqrt{3}}{2} = 24\sqrt{3} \text{ cm}^2 \).

Задаци за вежбање

Лак: Израчунај обим правилног осмоугла ако је дужина једне његове странице \( a = 7 \text{ cm} \).
Правилни осмоугао има \( n = 8 \) једнаких страница.
\( O = n \cdot a = 8 \cdot 7 \text{ cm} = 56 \text{ cm} \).
Средњи: Странице троугла су \( a = 6 \text{ cm}, b = 8 \text{ cm} \) и \( c = 10 \text{ cm} \). Ако је полупречник уписане кружнице у тај троугао \( r = 2 \text{ cm} \), израчунај површину троугла.
Прво рачунамо обим троугла:
\( O = a + b + c = 6 + 8 + 10 = 24 \text{ cm} \).
Затим примењујемо формулу за површину преко полупречника уписане кружнице:
\( P = \frac{r \cdot O}{2} = \frac{2 \text{ cm} \cdot 24 \text{ cm}}{2} = 24 \text{ cm}^2 \).
Тежак: Површина квадрата је \( 144 \text{ cm}^2 \). Одреди обим тог квадрата и полупречник његове уписане кружнице.
Из површине квадрата добијамо дужину странице:
\( P = a^2 \implies a^2 = 144 \implies a = 12 \text{ cm} \).
Обим квадрата је:
\( O = 4 \cdot a = 4 \cdot 12 \text{ cm} = 48 \text{ cm} \).
Полупречник уписане кружнице квадрата је половина странице:
\( r = \frac{a}{2} = \frac{12 \text{ cm}}{2} = 6 \text{ cm} \).

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: