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正五邊形


RegularPentagon

正五邊形是具有五條邊的正多邊形,如上圖所示。

RegularPentagonFigure

正五邊形頂點之間的一些距離關係可以透過上左圖中的相似三角形推導得出,

 d/1=1/(1/phi)=phi,
(1)

其中 d 是對角線距離。但是連線兩個不相鄰多邊形頂點的虛線垂直線段與對角線長度相同,因此

 phi=1+1/phi
(2)
 phi^2-phi-1.
(3)

二次方程並取正號(因為距離必須為正)得到黃金比例

 phi=1/2(1+sqrt(5)).
(4)
PentagonVertices

相對於五邊形中心,內接於單位圓的正五邊形的頂點的座標如上圖所示,其中

c_1=cos((2pi)/5)=1/4(sqrt(5)-1)
(5)
c_2=cos(pi/5)=1/4(sqrt(5)+1)
(6)
s_1=sin((2pi)/5)=1/4sqrt(10+2sqrt(5))
(7)
s_2=sin((4pi)/5)=1/4sqrt(10-2sqrt(5)).
(8)

邊長為 a 的正五邊形的外接圓半徑內切圓半徑矢高面積由下式給出

R=1/(10)sqrt(50+10sqrt(5))a
(9)
r=1/(10)sqrt(25+10sqrt(5))a
(10)
x=1/(10)sqrt(25-10sqrt(5))a
(11)
A=1/4sqrt(25+10sqrt(5))a^2
(12)
=5/4cot(pi/5)a^2
(13)
=5/4tan((3pi)/(10))a^2
(14)
=1/4sqrt(5phi^3)a^2,
(15)

其中 phi黃金比例。邊長為 a 的正五邊形的高度由下式給出

h=r+R
(16)
=1/2sqrt(5+2sqrt(5))a.
(17)

五個正五邊形可以圍繞一個相同的五邊形排列,形成“五角星雪花”的第一次迭代,它本身具有正五邊形的形狀,並移除了五個三角形楔形。對於邊長為 1 的五邊形,第一圈五邊形的中心半徑為 phi,第二圈的半徑為 phi^3,第 n 圈的半徑為 phi^(2n-1)

Pentaflake1

在命題 IV.11 中,歐幾里得展示瞭如何在內接一個正五邊形。托勒密在他的劃時代著作《天文學大成》中也給出了正五邊形的直尺圓規作圖法。雖然托勒密的作圖法簡潔性為 16,但使用卡萊爾圓幾何作圖法可以用作圖學符號 2S_1+S_2+8C_1+0C_2+4C_3 完成,其簡潔性為 15 (DeTemple 1991)。

PentagonConstruction

以下優雅的正五邊形作圖法歸功於里士滿 (1893)。給定一個點,可以構造任意所需半徑,並穿過圓心繪製直徑。將圓心稱為 O直徑的右端點稱為 P_1。可以透過找到垂直平分線來構造原始直徑垂線。將這條垂線直徑的上端點稱為 B。對於五邊形,找到 OB中點並將其稱為 D。繪製 DP_1,並平分 ∠ODP_1,將與 OP_1 的交點稱為 N_2。繪製 N_2P_2 平行OB,五邊形的前兩個點是 P_1P_2,複製角 ∠P_1OP_2 然後給出剩餘的點 P_3P_4P_5 (Coxeter 1969, Wells 1991)。

Madachy (1979) 說明了如何透過摺疊和打結紙條來構造正五邊形。


另請參閱

結合面體, 圓內接五邊形, 十邊形, 剖分, 五個圓盤問題, 本壘板, 五角星雪花, 五邊形, 五角星, 多邊形, 正多邊形, 三角學角--Pi/5

使用 探索

參考文獻

Ball, W. W. R. 和 Coxeter, H. S. M. Mathematical Recreations and Essays, 13th ed. New York: Dover, pp. 95-96, 1987.Coxeter, H. S. M. Introduction to Geometry, 2nd ed. New York: Wiley, pp. 26-28, 1969.DeTemple, D. W. "Carlyle Circles and the Lemoine Simplicity of Polygonal Constructions." Amer. Math. Monthly 98, 97-108, 1991.Dickson, L. E. "Regular Pentagon and Decagon." §8.17 in Monographs on Topics of Modern Mathematics Relevant to the Elementary Field (Ed. J. W. A. Young). New York: Dover, pp. 368-370, 1955.Dixon, R. Mathographics. New York: Dover, p. 17, 1991.Dudeney, H. E. Amusements in Mathematics. New York: Dover, p. 38, 1970.Fukagawa, H. 和 Pedoe, D. "Pentagons." §4.3 in Japanese Temple Geometry Problems. Winnipeg, Manitoba, Canada: Charles Babbage Research Foundation, pp. 49 和 132-134, 1989.Hofstetter, K. "A Simple Compass-Only Construction of the Regular Pentagon." Forum Geom. 8, 147-148, 2008.Madachy, J. S. Madachy's Mathematical Recreations. New York: Dover, p. 59, 1979.Pappas, T. "The Pentagon, the Pentagram & the Golden Triangle." The Joy of Mathematics. San Carlos, CA: Wide World Publ./Tetra, pp. 188-189, 1989.Richmond, H. W. "A Construction for a Regular Polygon of Seventeen Sides." Quart. J. Pure Appl. Math. 26, 206-207, 1893.Wantzel, M. L. "Recherches sur les moyens de reconnaître si un Problème de Géométrie peut se résoudre avec la règle et le compas." J. Math. pures appliq. 1, 366-372, 1836.Wells, D. The Penguin Dictionary of Curious and Interesting Geometry. London: Penguin, p. 211, 1991.

請引用為

Weisstein, Eric W. "正五邊形。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/RegularPentagon.html

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