Корице уџбеника

IV.8. Конструкције Неких Правилних Многоуглова

Изабери решење задатка:

Задатак 5

Кратко решење

\( d = 4\text{ cm} \Rightarrow R = 2\text{ cm} \) \( a = R = 2\text{ cm} \) Нацртај кружницу \( k(O, 2\text{ cm}) \). Користећи исти отвор шестара (\( 2\text{ cm} \)), означи шест тачака на кружници почевши од једне произвољне тачке \( A_1 \). Повежи тачке \( A_1, A_2, A_3, A_4, A_5, A_6 \) да добијеш правилни шестоугао. 1. Конструисати \( k(O, 2\text{ cm}) \). 2. Темена шестоугла \( A_1, A_2, A_3, A_4, A_5, A_6 \) одредити наношењем полупречника \( R = 2\text{ cm} \) на кружницу. 3. Спојити темена са центром \( O \) да се добије 6 једнакостраничних троуглова. 4. У сваком карактеристичном троуглу (нпр. \( \triangle OA_1A_2 \)) конструисати тежиште \( O_i \) у пресеку тежишних дужи. 5. Нека је \( M_1 \) средиште странице \( A_1A_2 \). Полупречник малих кругова је \( r = O_1M_1 \) (растојање од тежишта до странице). 6. Конструисати централни круг \( k_0(O, r) \) и шест кругова \( k_i(O_i, r) \) за \( i = 1, 2, \dots, 6 \).

Детаљно решење

Анализа

На слици 8.5 приказан је правилни шестоугао уписан у кружницу пречника \( d = 4\text{ cm} \). Унутар шестоугла налази се седам мањих кругова: један у центру и шест који су распоређени око њега. Сваки од тих кругова додирује суседне кругове и страницу шестоугла. Пречник велике кружнице је \( 4\text{ cm} \), па је полупречник \( R = 2\text{ cm} \). Код правилног шестоугла страница је једнака полупречнику описане кружнице (\( a = R = 2\text{ cm} \)). Да би мали кругови додиривали централни круг, суседне мале кругове и страницу шестоугла, њихови центри се морају налазити на висинама (апотемама) карактеристичних једнакостраничних троуглова. Како централни круг и спољни кругови имају исти полупречник \( r \), удаљеност центра малог круга од центра \( O \) је \( 2r \), а од странице шестоугла је \( r \). Ово значи да центар малог круга дели висину карактеристичног троугла у размери \( 2:1 \), што је тачно особина тежишта троугла. Дакле, центри спољашњих малих кругова су тежишта карактеристичних троуглова.

Корак 1: Конструкција описане кружнице и шестоугла


Нацртај кружницу \( k(O, 2\text{ cm}) \). Користећи исти отвор шестара (\( 2\text{ cm} \)), означи шест тачака на кружници почевши од једне произвољне тачке \( A_1 \). Повежи тачке \( A_1, A_2, A_3, A_4, A_5, A_6 \) да добијеш правилни шестоугао.

Корак 2: Одређивање центара малих кругова

Повежи центар \( O \) са свим теменима шестоугла како би се добили карактеристични једнакостранични троуглови. Да би се одредили центри малих кругова, потребно је конструисати тежиште за сваки од 6 карактеристичних троуглова. За један троугао (на пример \( \triangle OA_1A_2 \)): - Конструиши средишта страница (на пример тачку \( M_1 \) на страници \( A_1A_2 \) конструисањем симетрале те дужи). - Повежи темена са средиштима наспрамних страница (нацртај тежишне дужи). - Пресек тежишних дужи је тежиште \( O_1 \). Понови поступак или пренеси удаљеност \( OO_1 \) кружницом да добијеш остале центре \( O_2, O_3, O_4, O_5, O_6 \) на одговарајућим висинама троуглова.

Корак 3: Конструкција малих кругова

Удаљеност од тежишта \( O_1 \) до средишта странице \( M_1 \) представља полупречник малих кругова \( r \) (који износи трећину висине карактеристичног троугла). - Конструиши централни круг са центром у \( O \) и полупречником \( r = O_1M_1 \). - Конструиши преосталих шест кругова са центрима у \( O_1, \dots, O_6 \) и истим полупречником \( r \).

Кратак запис решења:

\( d = 4\text{ cm} \Rightarrow R = 2\text{ cm} \Rightarrow a = 2\text{ cm} \). 1. Конструисати кружницу \( k(O, 2\text{ cm}) \) и на њој правилни шестоугао. 2. Поделити шестоугао на 6 карактеристичних једнакостраничних троуглова. 3. Конструисати тежишта ових 6 троуглова (центре 6 малих кругова). 4. Удаљеност од тежишта до странице троугла је полупречник малих кругова \( r \). 5. Нацртати 7 кружница полупречника \( r \) са центрима у \( O \) и добијеним тежиштима.

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: