Корице уџбеника

IV.8. Конструкције Неких Правилних Многоуглова

Изабери решење задатка:

Задатак 1 (бесплатан)

Кратко решење

\( n = 3 \) \( R = 2 \text{ cm} \) \( \varphi_n = \frac{360^\circ}{n} = \frac{360^\circ}{3} = 120^\circ \) 1. \( k(O, R = 2 \text{ cm}) \) 2. \( A \in k \) 3. \( \angle AOB = 120^\circ \implies B \in k \) 4. \( \angle BOC = 120^\circ \implies C \in k \) 5. \( \triangle ABC \) је тражени троугао. Описана кружница са центром O и полупречником R=2cm. На кружници су три тачке A, B и C које су међусобно спојене дужима, формирајући једнакостранични троугао. Сваки централни угао (на пример угао AOB) износи 120 степени.

Детаљно решење

Корак 1: Анализа и карактеристике многоугла

Једнакостранични троугао је правилан многоугао са три странице (\( n = 3 \)). Код правилног многоугла, централни угао \( \varphi_n \) израчунавамо по формули \( \varphi_n = \frac{360^\circ}{n} \). За \( n = 3 \), централни угао је: \[ \varphi_3 = \frac{360^\circ}{3} = 120^\circ \] У овом задатку дат је полупречник описане кружнице \( R = 2 \text{ cm} \). Карактеристични троугао \( ABO \) је једнакокрак са крацима \( R = 2 \text{ cm} \) и углом при врху \( \varphi = 120^\circ \).

Корак 2: Припрема елемената

Пре почетка саме конструкције фигуре, потребно је:
  • Нацртати дуж једнаку полупречнику \( R = 2 \text{ cm} \).
  • Конструисати помоћни угао од \( 120^\circ \) (два пута по \( 60^\circ \)).

Корак 3: Конструкција описане кружнице и првог темена

Нацртаћемо тачку \( O \) која ће бити центар описане кружнице. Шестаром ћемо узети дужину \( R = 2 \text{ cm} \) и описати кружницу \( k(O, R) \). На кружници ћемо произвољно означити тачку \( A \), која представља прво теме троугла.

Корак 4: Одређивање преосталих темена

Темена једнакостраничног троугла деле описану кружницу на три једнака лука који одговарају централним угловима од \( 120^\circ \). Теме \( B \) можемо наћи конструисањем угла \( \angle AOB = 120^\circ \). Међутим, пошто је страница правилног шестоугла једнака полупречнику описане кружнице (\( a_6 = R \)), а теме једнакостраничног троугла се поклапа са сваким другим теменом шестоугла, можемо користити и ту особину:
  • Са иглом шестара у тачки \( A \) и отвором \( R \), означимо помоћну тачку \( M \) на кружници.
  • Из тачке \( M \), истим отвором \( R \), означимо тачку \( B \). Лук \( AB \) сада одговара централном углу од \( 120^\circ \).
  • На исти начин, из тачке \( B \) преко још једне помоћне тачке, одредимо теме \( C \).

Корак 5: Завршавање троугла

Лењиром спојимо тачке \( A, B \) и \( C \). Добијени троугао \( ABC \) је тражени једнакостранични троугао.
Описана кружница са центром O и полупречником R=2cm. На кружници су три тачке A, B и C које су међусобно спојене дужима, формирајући једнакостранични троугао. Сваки централни угао (на пример угао AOB) износи 120 степени.

Кратак запис решења:

\( R = 2 \text{ cm} \), \( n = 3 \implies \varphi = \frac{360^\circ}{3} = 120^\circ \) 1. \( k(O, 2 \text{ cm}) \), \( A \in k \) 2. Темена \( B \) и \( C \) су на кружници \( k \) тако да је \( \angle AOB = \angle BOC = 120^\circ \) 3. Спојити \( A, B, C \).

Најважније из лекције

  • Карактеристични троугао: Једнакокраки троугао где је основица \( a \) (страница), краци \( R \) (описана кружница), висина \( r \) (уписана кружница).
  • Ако је дато \( a \): Користи се УСУ конструкција карактеристичног троугла. Угао на основици је \( \frac{1}{2}\alpha_n \) (где је \( \alpha_n \) унутрашњи угао).
  • Ако је дато \( R \): Користи се СУС конструкција. Централни угао је \( \varphi_n = \frac{360^\circ}{n} \).
  • Завршетак конструкције: Опише се кружница полупречника \( R \) и страница \( a \) се шестаром редом наноси по кружници.
Сваки правилни многоугао са \( n \) темена може се разложити на \( n \) подударних карактеристичних троуглова.
Карактеристични троугао је једнакокраки троугао чија је геометрија уско повезана са елементима многоугла.
  • Основица троугла једнака је страници многоугла \( a \).
  • Краци троугла једнаки су полупречнику описане кружнице \( R \).
  • Висина која одговара основици једнака је полупречнику уписане кружнице \( r \).
  • Врх троугла насупрот основици налази се у центру многоугла (тачка \( O \)).
Једнакокраки троугао чија је основица страница многоугла a, краци су полупречници описане кружнице R, а висина која одговара основици је полупречник уписане кружнице r. Теме насупрот основици је центар O.
Ако је позната само страница \( a \), карактеристични троугао се конструише применом УСУ (угао-страница-угао) конструкције. За то је потребно израчунати угао на основици карактеристичног троугла.
Формула за унутрашњи угао правилног многоугла са \( n \) темена: \[ \alpha_n = \frac{(n-2) \cdot 180^\circ}{n} \] Угао на основици карактеристичног троугла износи тачно половину унутрашњег угла: \( \frac{1}{2}\alpha_n \).
Посебан случај (правилни шестоугао): За шестоугао важи \( a = R \), па је карактеристични троугао једнакостраничан. Конструише се лако помоћу ССС конструкције (све три странице су једнаке \( a \)).
Колики је угао на основици карактеристичног троугла правилног осмоугла (\( n=8 \))?
Прво рачунамо унутрашњи угао осмоугла: \( \alpha_8 = \frac{(8-2) \cdot 180^\circ}{8} = \frac{6 \cdot 180^\circ}{8} = 135^\circ \).
Угао на основици је половина тог угла: \( \frac{135^\circ}{2} = 67^\circ 30' \).
Ако је познат полупречник описане кружнице \( R \), користи се СУС (страница-угао-страница) конструкција. Познати су нам краци (\( R \)) и централни угао који они захватају.
Формула за централни угао правилног многоугла са \( n \) темена: \[ \varphi_n = \frac{360^\circ}{n} \]
За правилни дванаестоугао (\( n=12 \)), централни угао је \( \varphi_{12} = \frac{360^\circ}{12} = 30^\circ \). Карактеристични троугао се конструише тако што се нацртају два крака дужине \( R \) који заклапају угао од \( 30^\circ \).
Ако је дат полупречник уписане кружнице \( r \), он представља висину карактеристичног троугла.
Рачуна се половина централног угла: \( \frac{1}{2}\varphi_n = \frac{180^\circ}{n} \).
Конструише се правоугли троугао чија је једна катета \( r \), а налеглом углу одговара израчунати угао \( \frac{1}{2}\varphi_n \) (користи се УСУ конструкција са угловима од \( 90^\circ \) и \( \frac{1}{2}\varphi_n \)).
Добијени правоугли троугао се преслика централном симетријом у односу на подножје висине како би се добио цео карактеристични троугао.
Након што је конструисан карактеристични троугао (и тиме одређени центар \( O \) и дужина странице \( a \)), многоугао се конструише следећим корацима:
Из центра \( O \) описује се кружница полупречником \( R \) (крак карактеристичног троугла).
Једно теме карактеристичног троугла на кружници се узима за почетно теме (\( A_1 \)).
Отвор шестара се подеси на дужину странице \( a \) (основица троугла) и та дужина се редом наноси по кружници како би се добила остала темена.
Добијена темена се редом спајају дужима.
Пажња: Није могуће конструисати сваки правилан многоугао користећи само лењир и шестар. На пример, правилан деветоугао се не може конструисати јер је немогуће конструисати централни угао од \( 40^\circ \).

Задаци за вежбање

Лак: Дат је правилан шестоугао. Колики је његов централни угао, а колики унутрашњи угао?
Централни угао: \( \varphi_6 = \frac{360^\circ}{6} = 60^\circ \).
Унутрашњи угао: \( \alpha_6 = \frac{(6-2) \cdot 180^\circ}{6} = \frac{4 \cdot 180^\circ}{6} = 120^\circ \).
Средњи: Потребно је конструисати правилан многоугао ако је дат полупречник описане кружнице \( R = 4 \text{ cm} \) и познато је да централни угао износи \( 90^\circ \). О ком многоуглу је реч и коју конструкцију троугла ћете применити за његов карактеристични троугао?
Из формуле за централни угао \( \varphi_n = \frac{360^\circ}{n} \) добијамо \( 90^\circ = \frac{360^\circ}{n} \implies n = 4 \). Реч је о правилном четвороуглу (квадрату).
За конструкцију карактеристичног троугла користи се СУС конструкција, јер су познате две странице (\( R=4 \text{ cm}, R=4 \text{ cm} \)) и угао између њих (\( 90^\circ \)).
Тежак: Ученик је конструисао карактеристични троугао једног правилног многоугла. Познато је да је основица троугла \( a = 3 \text{ cm} \), а угао који та основица заклапа са краком износи \( 75^\circ \). Колико темена има тај правилан многоугао?
Угао између основице и крака у карактеристичном троуглу једнак је половини унутрашњег угла многоугла: \( \frac{1}{2}\alpha_n = 75^\circ \).
Одавде следи да је цео унутрашњи угао \( \alpha_n = 150^\circ \).
Користимо формулу за унутрашњи угао: \( \frac{(n-2) \cdot 180^\circ}{n} = 150^\circ \)
\( (n-2) \cdot 180 = 150n \)
\( 180n - 360 = 150n \)
\( 30n = 360 \implies n = 12 \)
Реч је о правилном дванаестоуглу (многоугао има 12 темена).

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: