Корице уџбеника

IV.9. Обим И Површина Многоуглова

Изабери решење задатка:

Задатак 5

Кратко решење

Звезда = унија два подударна квадрата странице \(L\), ротираних за \(45^\circ\); страница \(a=L(1-\tfrac{1}{\sqrt2})\Rightarrow L=(2+\sqrt2)a\). а) \(A_1A_5A_9A_{13}\) је један од тих квадрата, страница \(L\): \(O=4L=(8+4\sqrt2)a\). б) \(P=2L^2-(4+4\sqrt2)a^2=(8+4\sqrt2)a^2\).

Детаљно решење

Слика 9.9 приказује неконвексан шеснаестоугао у облику осмокраке звезде (унија двају подударних квадрата ротираних за \(45^\circ\)). Све 16 страница су једнаке \(a\), сви шиљци (темена \(A_1,A_3,A_5,\dots\)) имају прав угао \(90^\circ\) (означено луковима на слици), а удубљења имају угао \(135^\circ\). Конструкцијом: сваки шиљак је једнакокраки правоугли троугао са катетама \(a\) (то су странице шеснаестоугла) и правим углом у врху. Постављамо унију двају квадрата странице \(L\). Страница звезде је део странице квадрата од његовог темена до места где га пресеца страница другог квадрата: \[a = L - \dfrac{L}{\sqrt{2}} = \dfrac{L(2-\sqrt{2})}{2} \;\Rightarrow\; L = (2+\sqrt{2})\,a.\] а) Квадрат \(A_1A_5A_9A_{13}\) спаја свако четврто теме, тј. четири од осам врхова звезде — а то су управо темена једног од два полазна квадрата, странице \(L\). Обим је \[O = 4L = 4(2+\sqrt{2})a = (8+4\sqrt{2})\,a \approx 13{,}66\,a.\] б) Површина звезде је \(P = 2L^2 - P_{\text{осмоугла}}\), где је пресек двају квадрата правилни осмоугао. Са \(L=(2+\sqrt2)a\) је \(2L^2=(12+8\sqrt2)a^2\), а површина осмоугла \((4+4\sqrt2)a^2\), па \[P = (12+8\sqrt2)a^2 - (4+4\sqrt2)a^2 = (8+4\sqrt{2})\,a^2 \approx 13{,}66\,a^2.\] Старији (слепо решени) одговор \(O=8a\), \(P=5a^2\) погрешно претпоставља да квадрат има страницу \(2a\); заправо врхови звезде досежу до \((2+\sqrt{2})a\).

Кратак запис решења:

\(O=(8+4\sqrt{2})a\approx13{,}66a\); \(P=(8+4\sqrt{2})a^2\approx13{,}66a^2\).

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: