Правильный пятиугольник
Пятиугольник | |
Правильный пятиугольник | |
Тип | |
---|---|
Рёбра |
5 |
Символ Шлефли |
{5} |
Диаграмма Коксетера-Дынкина | |
Вид симметрии |
Диэдрическая группа (D5) |
Площадь |
<math>\frac{{t^2 \sqrt {25 + 10\sqrt 5 } }}{4} =</math> |
|угол=108° |свойства= выпуклый, вписанный, Равносторонний, равноугольный[en], изотоксальный[en] }}
Правильный пятиугольник (греч. πενταγωνον) — геометрическая фигура, правильный многоугольник с пятью сторонами.
Содержание
Свойства
- У правильного пятиугольника угол равен
- <math>\alpha =\frac{(n - 2)}{n} \cdot 180^\circ = \frac{3}{5} \cdot 180^\circ = 108^\circ</math>
- Площадь правильного пятиугольника рассчитывается по любой из формул:
- <math>S = \frac{5}{4} t^2 \mathop{\mathrm{ctg}}\, \frac{\pi}{5} = \frac{\sqrt 5 \sqrt{5 + 2 \sqrt{5}}}{4} t^2 = \frac{5}{12}Rd = \frac{5}{2} R^2 \sin \frac{2 \pi}{5} = 5 r^2 \mathop{\mathrm{tg}}\, \frac{\pi}{5}</math>,
-
где <math>R</math> — радиус описанной окружности, <math>r</math> — радиус вписанной окружности, <math>d</math> — диагональ, <math>t</math> — сторона.
- Высота правильного пятиугольника:
- <math>h= \frac{\operatorname{tg}\,72^\circ}{2} t = \frac{\sqrt{5 + 2 \sqrt{5}}}{2} t \approx 1,539 t</math>
- Диагонали правильного пятиугольника являются трисектрисами его внутренних углов.
- Отношение диагонали правильного пятиугольника к стороне равно золотому сечению, то есть числу <math>\frac{1 + \sqrt{5}}{2}</math>.
Поэтому радиус вписанной окружности, радиус описанной окружности, высоту и площадь правильного пятиугольника можно вычислить и без использования тригонометрических функций:
- Сторона:
- <math>t =R \sqrt{\frac{5 - \sqrt{5}}{2}}</math>
- Радиус вписанной окружности:
- <math>r = \frac{\sqrt 5 \sqrt{5 + 2 \sqrt{5}}}{10} t</math>
- Радиус описанной окружности:
- <math>R = \frac{\sqrt 10 \sqrt{5 + \sqrt{5}}}{10} t = ( \sqrt 5 - 1) r</math>
- Диагональ:
<math>d = R{\sqrt {\varphi{\sqrt5}}} </math>
- Площадь:
- <math>S = \frac{\sqrt 5 \sqrt{5 + 2 \sqrt{5}}}{4} t^2</math>
- Правильным пятиугольником невозможно заполнить плоскость без промежутков (см. также Паркет)
- Отношение площадей правильного пятиугольника и другого правильного пятиугольника, образованного пересечением диагоналей исходного (середина пятиугольной звезды)
- <math>\frac{S}{s} = \varphi^4 = 3\varphi + 2 = \frac{3\sqrt{5} + 7}{2} \approx 6,8541</math>
- где <math>\varphi</math> — отношение золотого сечения.
Построение
Правильный пятиугольник может быть построен с помощью циркуля и линейки или вписыванием его в заданную окружность, или построением на основе заданной стороны. Этот процесс описан Евклидом в его «Началах» около 300 года до н. э. Вот один из методов построения правильного пятиугольника в заданной окружности:
- Постройте окружность, в которую будет вписан пятиугольник, и обозначьте её центр как O. (Это зелёная окружность на схеме справа).
- Выберите на окружности точку A, которая будет одной из вершин пятиугольника. Постройте прямую через O и A.
- Постройте прямую перпендикулярно прямой OA, проходящую через точку O. Обозначьте одно её пересечение с окружностью как точку B.
- Постройте точку C посередине между O и B.
- Проведите окружность с центром в точке C через точку A. Обозначьте её пересечение с прямой OB (внутри первоначальной окружности) как точку D.
- Проведите окружность с центром в A через точку D, пересечение данной окружности с оригинальной (зелёной окружностью) обозначьте как точки E и F.
- Проведите окружность с центром в E через точку A. Обозначьте её другое пересечение с первоначальной окружностью как точку G.
- Проведите окружность с центром в F через точку A. Обозначьте её другое пересечение с первоначальной окружностью как точку H.
- Постройте правильный пятиугольник AEGHF.
Получение с помощью полоски бумаги
Правильный пятиугольник можно получить, завязав узлом полоску бумаги.
В природе
Исследования формирования водяного льда на ровной поверхности меди при температурах 100—140 K показали, что сначала на поверхности возникают цепочки молекул шириной около 1 нм не гексагональной, а пентагональной структуры.[1] Пентасимметрию можно увидеть во многих цветах и некоторых фруктах, например в таких как эта мушмула германская.
Пентасимметрией обладают иглокожие (например морские звёзды) и некоторые растения. См. также Закономерности в природе.
- Starfish 02 (paulshaffner) cropped.jpg
Иглокожие, например морские звёзды, обладают пентасимметрией.
- Medlar 5-symmetry.jpg
Пентасимметрию можно увидеть во многих цветах и некоторых фруктах, например в таких как эта мушмула германская.
Интересные факты
- Додекаэдр — единственный из правильных многогранников, грани которого представляют собой правильные пятиугольники.
- Пентагон — здание Министерства обороны США имеет форму правильного пятиугольника.
- Правильный пятиугольник — правильный многоугольник с наименьшим количеством углов из тех, которыми нельзя замостить плоскость.
- В природе не существует кристаллов с гранями в форме правильного пятиугольника.
- Пятиугольник со всеми его диагоналями является проекцией 4-симплекса.
См. также
Примечания
- ↑ [www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat2403.html A one-dimensional ice structure built from pentagons. Nature Materials. 8 March 2009] (англ.)
|
|