Центральная Научная Библиотека |
|
|
|
|
|
|
Главная |
|
![]() |
![]() |
![]() |
Решение. а3 = 2R sin = 2R sin 600 = 2R۰ = R; r = R cos = R cos 600 = R۰ = ; P = a + b + c = 3a,( т.к. а = b = c), S = . 1) r = = 1,5, a3 = , P = 3۰ = , S = . 2) a3 = = = , R = = 2۰۰ = 2۰ = ۰, r = : = ۰ = P = ۰2 = . 3) r = 2۰2 = 4, a3 = , P = 3۰ = , S = = . 4) R = = , r = : = ۰ = , P = 3۰5 = 15, S = . 5) a3 = 6 : 3 = 2, S = = , R = = , r = : = ۰ = . Используя решенные задачи, можно составить таблицу зависимости стороны, радиуса описанной окружности, радиуса вписанной окружности для всех наиболее часто встречающихся правильных многоугольников. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Количество сторон n |
а |
r |
S |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 |
|
|
2R2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6 |
R |
|
|
2.5 Площади правильных многоугольников.
В таблице приведены названия и формулы для площадей некоторых правильных многоугольников (a означает длину стороны), вычисленные по формуле (1) пункта 2.3.
НАЗВАНИЯ И ПЛОЩАДИ МНОГОУГОЛЬНИКОВ
Число сторон
Название многоугольника
Площадь правильного многоугольника
3
Треугольник
0,433a2
4
Четырехугольник
1,000a2
5
Пятиугольник
1,720a2
6
Шестиугольник
2,598a2
7
Семиугольник
3,634a2
8
Восьмиугольник
4,828a2
9
Девятиугольник
6,182a2
10
Десятиугольник
7,694a2
n
n-угольник
.......
3. Построение правильных многоугольников.
3.1. Способы построения правильных многоугольников.
Рассмотрим способы построения некоторых правильных многоугольников с помощью циркуля и линейки.
Задача 1. Построение правильного треугольника.
Задача 2. Построение правильного четырехугольника (квадрата).
Для построения правильных n – угольников при n > 4 обычно используется окружность, описанная около многоугольника.
Задача 3. Построение правильного многоугольника, сторона которого равна данному отрезку.
Решение. Для решения задачи воспользуемся формулой (6). Пусть PQ – данный отрезок. Построим окружность радиуса PQ и отметим на ней произвольную точку А1. Затем, не меняя раствора циркуля, построим на этой окружности точки А2, А3, А4, А5, А6 так, чтобы выполнялись равенства А1А2 = А2А3 = А3А4 = А4А5 = А5А6. Соединяя последовательно построенные точки отрезками, получим искомый правильный шестиугольник А1, А2, А3, А4, А5, А6.
Для построения правильных многоугольников часто используется следующая задача:
Задача 4. Дан правильный n – угольник. Построить правильный 2n – угольник.
Решение. Пусть А1, А2…Аn – данный правильный n – угольник. Опишем около него окружность. Для этого построим биссектрисы углов А1 и А2 и обозначим буквой О точку их пересечения. Затем проведем окружность с центром О радиуса ОА1.
Для решения задачи достаточно разделить дуги А1А2, А2А3…, Аn А1 пополам и каждую из точек деления В1, В2, …, Вn соединить отрезками с концами соответствующей дуги. Для построения точек В1, В2, …, Вn можно воспользоваться серединным перпендикулярами к сторонам данного n – угольника.
На рисунке таким способом построен правильный двенадцатиугольник А1 В1 А2 В2 … А6 В6.
Применяя указанный способ, можно с помощью циркуля и линейки построить целый ряд правильных многоугольников, если построен один из них. Например, построив правильный четырехугольник, т. е. квадрат, и пользуясь задачей 4, можно построить правильный восьмиугольник, затем правильный шестнадцати угольник и вообще правильный 2k – угольник, где k – любое целое число, больше двух.
Замечание. Рассмотренные примеры показывают, что многие правильные многоугольники могут быть построены с помощью циркуля и линейки. Оказывается, однако, что не все правильные многоугольники допускают такое построение. Доказано, например, что правильный семиугольник не может быть построен при помощи циркуля и линейки. Любопытно, что с помощью этих инструментов можно построить правильный семнадцатиугольник.
Задача 5. Вписать в данный круг правильный десятиугольник и определить его сторону в зависимости от радиуса.
Решение. Используем свойство правильного десятиугольника.
Сторона правильного вписанного 10 - угольника
равна большей части радиуса, разделенного в
среднем и крайнем отношении.
OB : ОС = ОС : СВ (1)
1) Делят радиус круга (ОА) в среднем и крайнем отношении;
2) Дав циркулю раствор, равный большей части радиуса, откладывают им по окружности дуги, одна за другой, и точки деления последовательно соединяют хордами.
3) Обозначив длину стороны правильного вписанного 10 – угольника буквой х, можно пропорцию (1) переписать так:
R : x = x : ( R – x ),
откуда
x2 + Rx – R2 = 0.
Решив квадратное уравнение, найдем:
Х = а10 = R= R۰0,61803… .
Замечания: Чтобы вписать в данный круг правильный 5 – угольник, делят окружность на 10 равных частей и точки деления соединяют через одну хордами.
Задача 6. Построить пятиконечную звезду.
Решение. Разделим окружность на десять равных частей и точки деления соединим хордами через три.
3.2. На сколько равных частей можно делить окружность с помощью циркуля и линейки?
Применяя указанные в предыдущих задачах способы, мы можем с помощью циркуля и линейки делить окружность на такое число равных частей, которое заключается в следующей таблице:
3 3 · 2 3 · 2 · 2 … вообще 3 · 2n
4 4 · 2 4 · 2 · 2 … » 2n
5 5 · 2 5 · 2 · 2 … » 5 · 2n
15 15 · 2 15 · 2 · 2 … » 3 · 5 · 2n.
Доказано, что посредством циркуля и линейки можно делить окружность на такое число равных частей, которое, будучи простым, выражается формулой
+ 1.
Например, можно разделить окружность на 17 равных частей и на 257 равных частей, так как 17 и 257 суть простые числа вида + 1(17= + 1; 275= + 1). Доказательство этого выходит за пределы элементарной математики.
Доказано также, что с помощью линейки и циркуля окружность можно делить на такое составное число равных частей, в состав которого не входят никакие иные простые множители, кроме:
1) множителей вида + 1 и
2) множителя 2 в какой угодно степени.
Например, в окружность с помощью циркуля и линейки можно вписать правильный 170 – угольник (170=2 · 5 · 17=2 · (22+1) · ( + 1)).
На всякое иное число равных частей окружность может быть разделена приближенно. Пусть, например, требуется разделить окружность на 7 равных частей. Тогда предварительно вычислим величину центрального угла, он равен:. Построить точно такой угол мы не можем, но по транспортиру приблизительно можем отложить при центре угол в 510 и тогда получим приблизительно часть окружности.
4. ИЗ ИСТОРИИ.
4.1. 0 вписанных углах. Гиппократ Хиосский.
Изложенное в современных учебниках доказательство того, что вписанный угол измеряется половиной дуги, на которую он опирается, дано в «Началах» Евклида. На это предложение ссылается, однако, еще Гиппократ Хиосский (V в. до н. э.) в своем труде о «луночках». Труды Гиппократа свидетельствуют о том, что уже во второй половине V в. до н. э. было известно большое число теорем, изложенных в «Началах» Евклида, и геометрия достигла высокого развития.
Тот факт, что опирающийся на диаметр вписанный угол—прямой, был известен вавилонянам еще 4000 лет назад. Первое его доказательство приписывается Памфилией, римской писательницей времен Нерона, Фалесу Милетскому. Некоторые комментаторы Евклида полагают, что доказательство Фалеса, основанное на предложении, что сумма углов трёугольника равна 2d, было следующее: обозначив углы при диаметре через 1, 2, а части угла АВС, на которые он рассекается радиусом ОС, через 3, 4, получаем, с одной стороны:
Ð1 = Ð3, Ð2 = Ð4;
с другой стороны: Ð1 + Ð2 + Ð3 + Ð4 = 2d,
откуда 2(ÐЗ + Ð4) = 2d, ÐЗ + Ð4 = d, т. е. ÐАСВ = d.
4.2. 0 правильных многоугольниках
В египетских и вавилонских старинных памятниках встречаются правильные четырехугольники, шестиугольники и восьмиугольники в виде изображений на стенах и украшений, высеченных из камня.
Древнегреческие ученые стали проявлять большой интерес к правильным фигурам еще со времен Пифагора. Деление окружности на некоторое число равных частей для построения правильных многоугольников имело важное значение для пифагорейцев, которые утверждали, что числа лежат в основе всех явлений мира. Учение о правильных многоугольниках, начатое в школе Пифагора, продолженное и развитое в V—IV вв. до н. э., было систематизировано Евклидом и изложено в IV книге «Начал». Кроме построения правильного треугольника, четырехугольника, пятиугольника и шестиугольника, Евклид: решает и задачу построения правильного пятнадцатиугольника при помощи только циркуля и линейки. Эта фигура привлекала внимание древних, так как было замечено, что дуга угла наклонения эклиптики к экватору представляет собой всей окружности, т. е. стягивается стороной правильного пятнадцатиугольника.
Зная, как построить правильный n-угольник, легко можно построить правильный 2n- угольник. Долгое время математики тщетно искали способы построения правильного семиугольника, девятиугольника, одиннадцатиугольника и т. д., не зная даже, возможно ли вообще построение таких многоугольников с по мощью только циркуля и линейки. Эта проблема была решена лишь в конце ХVIII в. 19-летним К. Ф. Гауссом, великим немецким математиком, доказавшим, что с помощью циркуля и линейки можно разделить окружность на такое простое число N равных частей, которое выражается формулой
N = + 1,
где n — натуральное число или нуль.
Вот несколько примеров:
1) n = 0, N = 3; 2) n = 1, N = 5; 3) n = 2, N = 17; 4) n = З, N = 257; 5) n = 4, N = 65 537 и т. д.
После открытия Гаусса стало ясно, что, помимо ранее известных правильных многоугольников с 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 15; 16; 20; 24; 30; 32; 40; ... сторонами, можно построить с помощью циркуля и линейки правильные многоугольники
с 17; 34; 68; 126; 252; 257; 65537… сторонами.
С другой стороны, невозможно циркулем и линейкой построить правильные многоугольники со следующим числом сторон: 7; 9; 11; 13; 14;18; 19; 21; 22; 23; 25; 27; 28;
Еще в древности практиковалось для разных нужд приближенное по строение любого правильного многоугольника: Так, например, Герон Александрийский находит приближенное значение стороны правильного девяти угольника.
Задача построения правильного n-угольника сводится к делению окружности на n равных частей. Один практический прием такого деления предложил французский математик Н. Бион. Прием этот состоит в следующем: пусть требуется разделить окружность, например, на 9 равных частей (см. рисунок).
На диаметре окружности строится равносторонний треугольник АВС. Диаметр АВ делим на 9 равных частей. Соединяя вторую точку деления с вершиной треугольника С, продолжим прямую до пересечения с окружностью в точке В. Луга АВ является девятой частью окружности, хорда АВ стороной правильного девятиугольника.
5. Софизмы.
Софизм – это последовательность высказывания, рассуждений, построений, содержащая скрытую ошибку, за счет чего удается сделать неверный вывод. Задача обычно заключается в том, чтобы найти ошибку в рассуждениях.
Найдите ошибку в «доказательстве» того «странного» факта, что окружность имеет два центра.
Доказательство.
Пусть даны две непараллельные прямые a и b. Из точек А и В этих прямых поставим перпендикуляры до пересечения в точке С. Через три точки А, В и С проведем окружность, пересекающую прямую а в точке М, а прямую b в точке N. По построению ÐMAC = ÐNBC = 900, значит, эти углы опираются на диаметры МС и NC построенной окружности. Середины этих диаметров – точки О1 и О2 – центры одной и той же окружности.
Ошибка в следующем:
ÐMAC = ÐNBC = 900 (по построению). Эти углы являются вписанными и опирающимися на одну и туже дугу (в нашем случае, на полуокружность), поэтому точки О1 и О2 совпадают и лежат на отрезке DC (DC – биссектриса угла ADB).
6. Решение задач.
Задача № 1(А.1090)*
Сечение головки газового вентиля имеет форму правильного треугольника, сторона которого равна 3см. Каким должен быть минимальный диаметр круглого железного стержня, из которого изготовляют вентиль?
Дано: r АВС - правильный,
а = 3 см,
описанная окружность (О,R).
Найти: D.
Решение.
D = 2R,
a3 = R Þ R = = .
D = 2 · R = .
Ответ: минимальный диаметр круглого железного стержня должен быть
равным см.
Поперечное сечение деревянного бруска является квадратом со стороной 6 см. Найдем наибольший диаметр круглого стержня, который можно выточить из этого бруска?
Дано: АВСD – квадрат,
а = 6 см,
вписанная окружность (O,r).
Найти: D.
Решение.
r = = 3 (см),
D = 6 cм.
Ответ: наибольший диаметр круглого стержня равен 6 см.
------------------------------------------
* А - Атанасян Л.С. Геометрия 7-9.
Задача № 3 (А.1092) .
Около окружности описаны квадрат и правильный шестиугольник. Найдем периметр квадрата, если периметр шестиугольника равен 48 см?
Дано: окружность (О,r),
MNKL – описанный квадрат,
ABCDEF – правильный описанный
шестиугольник,
Р6.=48 см2
Найти:P4.
Решение.
1) а6 = P6 : 6 = 48 : 6 = 8 (см),
r6 = = = 4, т.к. R = а6.
2) Для квадрата: r = где R – радиус описанной около квадрата окружности, r – радиус вписанной в него окружности.
a4 =
3)
Ответ: Р4 = 32.
------------------------------------------------
** Ск. – Сканави М.И. Сборник задач.
Пусть Ð ВОС = х.
4(Ð ВОС + Ð АОВ) = 3600,
4(х + 2х) = 3600,
Ð ВОС = 300, Ð АОВ = 600.
Используя для вычисления площади восьмиугольника, формулу для вычисления площади произвольного треугольника S =absinα , найдем искомую площадь:
Ответ: R2(1 +).
Каким необходимым и достаточным условием должна удовлетворять трапеция, чтобы в нее можно было вписать и около нее можно было описать окружность?
Дано: АВСD –трапеция.
Для того, чтобы в трапецию можно было вписать окружность и вокруг нее можно было описать окружность, необходимо и достаточно, чтобы трапеция была равносторонней и боковая сторона равнялась полусумме оснований.
Необходимость.
Пусть ABCD – трапеция, вокруг которой описана окружность с центром в точке О1 и в которую вписана окружность с центром в точке О2.
Тогда по свойству четырехугольника, вписанного в окружность,
Ð АВС + Ð ADC = 1800.
Но Ð АВС + Ð BAD = 1800 и, следовательно, Ð BAD = Ð ADC и трапеция ABCD – равнобокая, AB = CD.
Кроме того, так как в трапецию вписана окружность, то AB + CD = BC + AD и, значит, AB = CD =
Достаточность.
Пусть ABCD – равнобокая трапеция (АВ = СD) и АВ = СD =.
Тогда Ð BAD = Ð ADC, но Ð BAD + Ð АВС = 1800.
Отсюда Ð ADC + Ð АВС = 1800, и вокруг трапеции ABCD можно описать окружность. Кроме того, AB + CD = BC + AD и, следовательно, в ABCD можно вписать окружность.
Введение.
Выбор темы «Вписанные и описанные окружности» обусловлен тем, что
1) данная тема при изучении курса геометрии 9 класса мне очень
понравилась, мне захотелось расширить свои знания и
систематизировать их;
2) данная тема содержит большое количество задач на построение с помощью
циркуля и линейки;
3) предложенные мною задачи имеют практическое значение (задачи
о сечении головки газового вентиля, о поперечном сечении деревянного
бруска).
Цель работы: систематизация и объединение знаний по теме: «Вписанные и описанные окружности».
Примечание к работе: можно использовать
при работе математического кружка,
при подготовке тематических геометрических вечеров.
Работа выполнена на компьютере в текстовом редакторе Microsoft Word 2000. Мною использован редактор формул Microsoft Equation 3.0., коллекция Word Art, список «Авто фигуры».
РЕЦЕНЗИЯ
на реферат, выполненный учащимся 9 а класса
Онещюк Игорем.
Представленная работа «Вписанные и описанные окружности» основана на изученном в курсе геометрии 7 - 9 класса материале. На успешное усвоение данной темы указывает использование наглядности в данной работе, которая в свою очередь показывает хорошо развитое пространственное воображение учащегося. В работе просматривается развитие интереса учащегося к изучаемой теме и геометрии в целом.
Изложение данного раздела курса геометрии дано в системе и логически выдержано. Содержание разбито по главам.
В реферате просматривается творческая, самостоятельная работа учащегося. Реферат отличается хорошим подбором задач, которые можно использовать учителю на уроках и в индивидуальной работе с наиболее подготовленными учащимися.
Учащимся уделено достаточное внимание теории, историческому материалу, занимательным задачам, задачам на построение с помощью циркуля и линейки.
Данная работа выполнена Онещюк И. на компьютере в текстовом редакторе Microsoft Word 2000. Использован редактор формул Microsoft Equation 3.0., коллекция Word Art, список «Автофигуры».
Данная работа соответствует отметке _________________________
Учитель математики Н.С.Голенко
РЕЦЕНЗИЯ
на реферат, выполненный учащейся 11 в класса
Скабаровой Мариной.
Представленная работа «Пирамиды» основана на изученном в курсе стереометрии 10 - 11 класса материале. Данный реферат представляет собой логически выстроенную работу, содержащую как собственное мнение о месте этой темы, так и исторический материал, теоретические сведения.
На успешное усвоение этой темы указывают использование изображения, моделирование и конструирование пространственной фигуры «Пирамида», при этом развертки пирамид отличаются друг друга различными условиями (более 10 вариантов оснований или расположения ребер пирамиды).
Изложение данного раздела курса геометрии дано в системе и логически выдержано. Содержание разбито по главам.
Учащаяся умело применила аппарат алгебры и тригонометрии, знание формул планиметрии в ходе решения задач повышенной трудности, умело иллюстрировала условия стереометрических задач.
В ходе работы прослеживается интерес к изучаемой теме и ее практическое применение. Работа выполнена на компьютере в текстовом редакторе Microsoft Word 2000. Использован редактор формул, список «Авто фигуры».
Желательно было подробнее показать способы построения разверток.
Данная работа соответствует отметке _________________________
Учитель математики С.Ю. Онещюк
Информация | ||
![]() | ||
![]() | ||
![]() | ||
| ||
![]() | ||
![]() | ||
![]() | ||
![]() |
|
![]() |
|