Корице уџбеника

IV.8. Конструкције Неких Правилних Многоуглова

Изабери решење задатка:

Задатак 4

Кратко решење

\( k(O, R = 2 \text{ cm}) \) \( AB \text{ је пречник } \implies \angle AOB = 180^\circ \) \( s_{AB} \cap k = \{C, D\} \implies AB \perp CD \implies \angle COB = \angle COA = \angle AOD = \angle DOB = 90^\circ \) \( A, C, B, D \text{ су темена квадрата јер је } \frac{360^\circ}{4} = 90^\circ \) \( s_{\angle COB} \cap k = \{E, F\} \implies \angle COE = \angle EOB = \frac{90^\circ}{2} = 45^\circ \) \( s_{\angle BOD} \cap k = \{G, H\} \implies \angle BOG = \angle GOD = \frac{90^\circ}{2} = 45^\circ \) Централни углови између суседних тачака: \( \angle BOG = \angle GOC = \angle COE = \angle EOA = \angle AOH = \angle HOD = \angle DOF = \angle FOB = 45^\circ \) \( n = \frac{360^\circ}{45^\circ} = 8 \implies \text{Правилни осмоугао} \) Тачке чине темена правилног осмоугла и квадрата.

Детаљно решење

Корак 1: Анализа положаја тачака А и Б

Љубомир је најпре конструисао кружницу \( k(O, 2 \text{ cm}) \) и њен пречник \( AB \). То значи да су тачке \( A, O \) и \( B \) колинеарне и да је угао \( \angle AOB = 180^\circ \). Ове тачке деле кружницу на два једнака лука од по \( 180^\circ \).

Корак 2: Анализа положаја тачака Ц и Д

Затим је конструисана симетрала дужи \( AB \). Како је \( AB \) пречник, његова симетрала пролази кроз центар \( O \) и нормална је на \( AB \). Пресечне тачке \( C \) и \( D \) са кружницом дефинишу углове: \[ \angle COB = 90^\circ, \angle COA = 90^\circ, \angle AOD = 90^\circ, \angle DOB = 90^\circ \] Ове четири тачке (\( A, C, B, D \)) деле кружницу на четири једнака лука од по \( 90^\circ \). Повезивањем ових тачака добија се квадрат \( ACBD \).

Корак 3: Анализа положаја тачака Е, Ф, Г и Х

У корацима 4 и 5 конструисане су симетрале углова \( \angle COB \) и \( \angle BOD \). - Симетрала \( \angle COB \) гради угао од \( 90^\circ : 2 = 45^\circ \) у односу на полупречнике \( OB \) и \( OC \). Пресечне тачке су \( E \) и \( F \). Тачка \( F \) се налази на супротној страни кружнице (симетрала је права), па она полови \( \angle AOD \). - Симетрала \( \angle BOD \) гради угао од \( 45^\circ \) у односу на \( OB \) и \( OD \). Пресечне тачке су \( G \) и \( H \). Тачка \( H \) се налази на супротној страни и полови \( \angle AOC \).

Корак 4: Идентификација свих углова и многоуглова

Сада имамо укупно 8 тачака на кружници. Централни углови између суседних тачака су: \[ \angle BOG = 45^\circ, \angle GOC = 45^\circ, \angle COE = 45^\circ, \angle EOA = 45^\circ \] \[ \angle AOH = 45^\circ, \angle HOD = 45^\circ, \angle DOF = 45^\circ, \angle FOB = 45^\circ \] Пошто су сви централни углови између суседних тачака једнаки (\( 45^\circ \)), ових 8 тачака представљају темена правилног осмоугла. Из овог скупа темена можемо издвојити: 1. Правилни осмоугао: \( AECHBFGD \) (користећи свих 8 тачака). 2. Квадрате: На пример, тачке \( A, C, B, D \) чине један квадрат, а тачке \( E, G, F, H \) чине други квадрат (заротиран за \( 45^\circ \)).

Кратак запис решења:

\( AB \text{ пречник}, CD \perp AB \implies \angle COB=90^\circ, \angle BOD=90^\circ, \angle DOA=90^\circ, \angle AOC=90^\circ \) \( s_{\angle COB} \to E, F \text{ и } s_{\angle BOD} \to G, H \implies \text{сви суседни централни углови су } 45^\circ \) \( 8 \cdot 45^\circ = 360^\circ \implies \text{Правилни осмоугао } (A, G, C, E, B, H, D, F) \) \( 4 \cdot 90^\circ = 360^\circ \implies \text{Квадрати } (A, C, B, D) \text{ и } (G, E, H, F) \)

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: