Корице уџбеника

IV.8. Конструкције Неких Правилних Многоуглова

Изабери решење задатка:

Задатак 2

Кратко решење

\( r = 1,5 \text{ cm} \) \( a = 2 \cdot r = 2 \cdot 1,5 \text{ cm} = 3 \text{ cm} \) Конструкција: 1. Конструишемо две нормалне праве \( p \) и \( q \) које се секу у тачки \( O \). 2. Опишемо кружницу \( k(O, r = 1,5 \text{ cm}) \). 3. Пресечне тачке кружнице \( k \) и правих \( p, q \) су средишта страница \( M_1, M_2, M_3, M_4 \). 4. У тачкама \( M_1, M_2, M_3, M_4 \) конструишемо нормале на праве \( p \) и \( q \). 5. Пресеци тих нормала су темена квадрата \( A, B, C, D \). Цртеж приказује две нормалне праве које се секу у центру О. Око тачке О је описана кружница полупречника r = 1,5 cm. У тачкама пресека кружнице и правих (средишта страница) повучене су нормале. Те нормале се секу у четири тачке које представљају темена квадрата A, B, C и D. Добијена фигура је квадрат са страницом од 3 cm.

Детаљно решење

Анализа задатка

Да бисмо конструисали квадрат на основу полупречника уписане кружнице \( r = 1,5 \text{ cm} \), потребно је разумети везу између овог полупречника и странице квадрата \( a \). Код квадрата, уписана кружница додирује странице у њиховим средиштима, што значи да је полупречник уписане кружнице једнак половини странице квадрата: \[ r = \frac{a}{2} \implies a = 2r = 2 \cdot 1,5 \text{ cm} = 3 \text{ cm} \] Конструкцију можемо извести преко карактеристичног троугла или директно користећи чињеницу да је \( r \) растојање од центра квадрата до његових страница.

Корак 1: Анализа карактеристичног троугла

Карактеристични троугао квадрата \( \triangle ABO \) је једнакокрако-правоугли троугао, где је \( O \) центар квадрата, а \( AB \) страница \( a \). Висина овог троугла из темена \( O \) на страницу \( a \) је управо полупречник уписане кружнице \( r \). Углови на основици овог троугла су \( \frac{\alpha_4}{2} = \frac{90^\circ}{2} = 45^\circ \).

Корак 2: Конструкција помоћног елемента

Најпре ћемо нацртати дуж \( r = 1,5 \text{ cm} \).

Корак 3: Конструкција карактеристичног дела

1. Нацртај две нормалне праве које се секу у тачки \( O \). Те праве ће садржати симетрале страница квадрата. 2. Шестаром измери дужину \( r = 1,5 \text{ cm} \) и опиши кружницу (или лукове) са центром у \( O \). Тачке у којима кружница сече нормалне праве су средишта страница квадрата. Означимо их са \( M_1, M_2, M_3, M_4 \). 3. У тачкама \( M_1, M_2, M_3, M_4 \) конструиши нормале на полупречнике \( OM_1, OM_2, OM_3, OM_4 \). Ове нормале су заправо праве које садрже странице квадрата.

Корак 4: Добијање темена квадрата

Темена квадрата \( A, B, C, D \) добијамо у пресеку конструисаних нормала у средиштима страница. С обзиром на то да су странице нормалне једна на другу, пресеци ће формирати квадрат чија је страница \( a = 2r = 3 \text{ cm} \).
Цртеж приказује две нормалне праве које се секу у центру О. Око тачке О је описана кружница полупречника r = 1,5 cm. У тачкама пресека кружнице и правих (средишта страница) повучене су нормале. Те нормале се секу у четири тачке које представљају темена квадрата A, B, C и D. Добијена фигура је квадрат са страницом од 3 cm.

Кратак запис решења:

\( r = 1,5 \text{ cm} \implies a = 2r = 3 \text{ cm} \) 1. Центру \( O \) конструишемо нормалне осе. 2. Кружница \( k(O, 1,5 \text{ cm}) \) одређује средишта страница. 3. Повлачењем нормала у тим тачкама добијамо странице квадрата. 4. Пресеци страница су темена \( A, B, C, D \).

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: