在 ざい 幾何 きか 學 がく 中 なか ,五 ご 邊 へん 形 がた 是 ぜ 指 ゆび 有 ゆう 五 ご 條 じょう 邊 あたり 和 わ 五 ご 個 こ 頂點 ちょうてん 的 てき 多邊形 たへんけい ,其內角 かく 和 わ 為 ため 540度 ど 。
五邊形可以分為凸五邊形和非凸五邊形,其中非 ひ 凸 とつ 五邊形包含了凹五邊形和另一種邊自我相交的五 ご 角 かく 星 ほし 。最 さい 簡單 かんたん 的 てき 五角星可藉由將正五邊形的對角線 たいかくせん 連 れん 起 おこり 來 らい 構成 こうせい 。
正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた [ 编辑 ]
正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 是 ぜ 指 ゆび 五個邊等長且五個角等角的五邊形,其內角 為 ため 108度 ど ,是 ぜ 一 いち 種 しゅ 正 せい 多邊形 たへんけい ,在 ざい 施 ほどこせ 萊夫利 り 符號 ふごう 中 ちゅう 可 か 以用
{
5
}
{\displaystyle \left\{5\right\}}
來 らい 表示 ひょうじ 。
正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 的 てき 中心 ちゅうしん 角 かく 為 ため 72度 ど ,其具有 ぐゆう 五 ご 個 こ 對稱 たいしょう 軸 じく ,其旋轉 せんてん 對稱 たいしょう 性 せい 有 ゆう 5個 こ 階 かい (72°、144°、216° 和 わ 288°)。
高 こう
=
5
+
2
5
2
⋅
{\displaystyle ={\frac {\sqrt {5+2{\sqrt {5}}}}{2}}\cdot }
邊 あたり 長 ちょう
≈
1.539
⋅
{\displaystyle \approx 1.539\cdot }
邊 あたり 長 ちょう
寬 ひろし
=
1
+
5
2
⋅
{\displaystyle ={\frac {1+{\sqrt {5}}}{2}}\cdot }
邊 あたり 長 ちょう
≈
1.618
⋅
{\displaystyle \approx 1.618\cdot }
邊 あたり 長 ちょう
對角線 たいかくせん 長 ちょう
=
R
5
+
5
2
=
2
R
cos
18
∘
=
2
R
cos
π ぱい
10
≈
1.902
R
,
{\displaystyle =R\ {\sqrt {\frac {5+{\sqrt {5}}}{2}}}=2R\cos 18^{\circ }=2R\cos {\frac {\pi }{10}}\approx 1.902R,}
其中
R
{\displaystyle R}
為 ため 外接 がいせつ 圓 えん 半徑 はんけい 。
邊 あたり 長 ちょう 為 ため
t
{\displaystyle t}
的 てき 正 せい 凸 とつ 五邊形面積可以將之分割成5個 こ 等 とう 腰 こし 三角形 さんかっけい 計算 けいさん :
A
=
t
2
25
+
10
5
4
=
5
t
2
tan
(
54
∘
)
4
≈
1.720
t
2
.
{\displaystyle A={\frac {t^{2}{\sqrt {25+10{\sqrt {5}}}}}{4}}={\frac {5t^{2}\tan(54^{\circ })}{4}}\approx 1.720t^{2}.}
正 せい 五邊形不能鑲嵌平面,因 いん 為 ため 其內角 かく 是 ぜ 108°,不能 ふのう 整除 せいじょ 360°。截至2015年 ねん (2015-Missing required parameter 1=month ! ) [update] ,2017年 ねん 5月 がつ ,里 さと 昂 のぼる 高等 こうとう 师范学校 がっこう Michaël Rao宣 せん 称 しょう 已 やめ 证明只 ただ 存在 そんざい 15种凸五边形鑲嵌平面情况。[1] 。
面積 めんせき 公式 こうしき 推導[ 编辑 ]
正 せい 多邊形 たへんけい 的 てき 面積 めんせき 公式 こうしき 為 ため :
A
=
1
2
P
r
{\displaystyle A={\frac {1}{2}}Pr}
其中,
P
{\displaystyle P}
是 これ 周 しゅう 長 ちょう 、
r
{\displaystyle r}
是 これ 邊 あたり 心 こころ 距 。正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 的 てき
P
{\displaystyle P}
和 わ
r
{\displaystyle r}
可 か 由 ゆかり 三角 さんかく 函數 かんすう 計算 けいさん :
A
=
1
2
×
5
t
×
t
tan
(
54
∘
)
2
=
5
t
2
tan
(
54
∘
)
4
{\displaystyle A={\frac {1}{2}}\times 5t\times {\frac {t\tan(54^{\circ })}{2}}={\frac {5t^{2}\tan(54^{\circ })}{4}}}
其中,
t
{\displaystyle t}
是正 ぜせい 五 ご 邊 へん 形 がた 的 てき 邊 あたり 長 ちょう 。
內切圓 えん 半徑 はんけい [ 编辑 ]
正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 是 ぜ 一 いち 個 こ 圓 えん 外切 がいせつ 多邊形 たへんけい ,因 いん 此有內切圓 えん 。其內切 きり 圓 えん 半徑 はんけい 與 あずか 邊 あたり 心 こころ 距相 あい 同 どう ,並 なみ 且可以尤其邊長 ちょう 來 らい 決定 けってい 。
r
=
t
2
tan
(
π ぱい
/
5
)
=
t
2
5
−
20
≈
0.6882
⋅
t
{\displaystyle r={\frac {t}{2\tan(\pi /5)}}={\frac {t}{2{\sqrt {5-{\sqrt {20}}}}}}\approx 0.6882\cdot t}
其中,
r
{\displaystyle r}
為 ため 內切圓 えん 半徑 はんけい 與 あずか 邊 あたり 心 こころ 距相 あい 同 どう 、t為 ため 正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 邊 あたり 長 ちょう 。
構造 こうぞう [ 编辑 ]
里 さと 士 し 滿 まん 提出 ていしゅつ 了 りょう 一 いち 個 こ 構造 こうぞう 正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 的 てき 方法 ほうほう [2] ,並 なみ 且在克 かつ 倫 りん 威 い 爾 なんじ 的 てき 《多面體 ためんたい 》中 ちゅう 被 ひ 進一 しんいち 步 ふ 討論 とうろん 。[3] 。
右上 みぎうえ 的 てき 圖 ず 顯示 けんじ 了 りょう 里 さと 士 し 滿 まん 繪 え 製 せい 正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 的 てき 方法 ほうほう 。先 さき 利用 りよう 單位 たんい 圓 えん 決定 けってい 五 ご 邊 へん 形 がた 的 てき 半徑 はんけい 。
C
{\displaystyle C}
為 ため 單位 たんい 圓 えん 圓心 えんしん ,
M
{\displaystyle M}
是 これ 圓 えん
C
{\displaystyle C}
半徑 はんけい 的中 てきちゅう 點 てん 。
D
{\displaystyle D}
是 ぜ 位 い 於垂直 ちょく 於
M
C
{\displaystyle MC}
的 てき 另外一 いち 條 じょう 半徑 はんけい 的 てき 圓周 えんしゅう 上 じょう 。作 さく
∠
C
M
D
{\displaystyle \angle CMD}
的 まと 角 かく 平分 へいぶん 線 せん ,令 れい
Q
{\displaystyle Q}
為 ため
∠
C
M
D
{\displaystyle \angle CMD}
的 まと 角 かく 平分 へいぶん 線 せん 與 あずか
C
D
{\displaystyle CD}
的 てき 交點 こうてん 。作 さく 過 か
Q
{\displaystyle Q}
平行 へいこう 於
M
C
{\displaystyle MC}
的 てき 直線 ちょくせん ,令 れい 之 の 與 あずか 圓 えん
C
{\displaystyle C}
相 あい 交的交點 こうてん 為 ため
P
{\displaystyle P}
,則 のり
D
P
{\displaystyle DP}
為 ため 正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 的 てき 邊 あたり 長 ちょう 。
這條邊 べ 的 てき 長 ちょう 度 ど 可 か 以利用 りよう 圓 えん 下方 かほう 的 てき 兩個 りゃんこ 直角 ちょっかく 三角形 さんかっけい
D
C
M
{\displaystyle DCM}
和 わ
Q
C
M
{\displaystyle QCM}
。利用 りよう 勾股定理 ていり ,較大的 てき 三角形 さんかっけい 斜邊 しゃへん 為 ため
5
2
{\displaystyle {\frac {\sqrt {5}}{2}}\scriptstyle }
。小 しょう 三角形 さんかっけい 其中一 いち 股 また h 可 か 由 ゆかり 半角 はんかく 公式 こうしき 求 もとめ 得 え :
tan
(
ϕ
/
2
)
=
1
−
cos
(
ϕ
)
sin
(
ϕ
)
,
{\displaystyle \tan(\phi /2)={\frac {1-\cos(\phi )}{\sin(\phi )}}\ ,}
其中,角 かく
ϕ
{\displaystyle \phi }
可 か 由 ゆかり 大 だい 三角形 さんかっけい 求 もとめ 得 え ,其值為 ため :
h
=
5
−
1
4
.
{\displaystyle h={\frac {{\sqrt {5}}-1}{4}}\ .}
由 よし 此可得 え 到 いた 在 ざい 下圖 したず 正 せい 五邊形的邊長的一些相關值。右側 みぎがわ 三角形 さんかっけい 的 てき 邊 あたり 長 ちょう
a
{\displaystyle a}
可 か 藉由再 さい 帶 おび 一 いち 次 じ 勾股定理 ていり 得 とく :
a
2
=
1
−
h
2
;
a
=
1
2
5
+
5
2
.
{\displaystyle a^{2}=1-h^{2}\ ;\ a={\frac {1}{2}}{\sqrt {\frac {5+{\sqrt {5}}}{2}}}\ .}
欲求 よっきゅう 出 で 五 ご 邊 へん 形 がた 邊 あたり 長 ちょう
s
{\displaystyle s}
可 か 透過 とうか 左側 ひだりがわ 的 てき 三角形 さんかっけい ,由 ゆかり 勾股定理 ていり 得 とく :
s
2
=
(
1
−
h
)
2
+
a
2
=
(
1
−
h
)
2
+
1
−
h
2
=
1
−
2
h
+
h
2
+
1
−
h
2
=
2
−
2
h
=
2
−
2
(
5
−
1
4
)
{\displaystyle s^{2}=(1-h)^{2}+a^{2}=(1-h)^{2}+1-h^{2}=1-2h+h^{2}+1-h^{2}=2-2h=2-2\left({\frac {{\sqrt {5}}-1}{4}}\right)\ }
=
5
−
5
2
.
{\displaystyle ={\frac {5-{\sqrt {5}}}{2}}\ .}
使用 しよう 圓 えん 規 ぶんまわし 與 あずか 直 ちょく 尺 せき 建 けん 構出正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 。
五 ご 邊 へん 形 がた 邊 あたり 長 ちょう
s
{\displaystyle s}
為 ため :
s
=
5
−
5
2
,
{\displaystyle s={\sqrt {\frac {5-{\sqrt {5}}}{2}}}\ ,}
得 え 到 いた 了 りょう 正確 せいかく 的 てき 結果 けっか [4] 因 いん 此此種 しゅ 構造 こうぞう 正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 的 てき 方法 ほうほう 是 ぜ 有效 ゆうこう 的 てき 。
約 やく 西元 にしもと 前 ぜん 300年 ねん ,欧 おう 几里得 とく 在 ざい 他 た 的 てき 《几何原本 げんぽん 》中 ちゅう 描述了 りょう 一 いち 个用直 ちょく 尺 せき 和 かず 圆规 做出正 せい 五 ご 边形的 てき 过程。
物理 ぶつり 方法 ほうほう [ 编辑 ]
打 だ 一 いち 個 こ 反 はん 手結 たゆ 的 まと 長 ちょう 條 じょう 紙 し 張 ちょう
正 せい 五邊形可以藉由嘗試在一張長條紙張上打一個反 はん 手結 たゆ ,並 なみ 將 はた 多 た 出來 でき 的 てき 部分 ぶぶん 向後 こうご 折 おり 來 らい 構造 こうぞう 。這種折 おり 法被 はっぴ 用 よう 在 ざい 摺 すり 紙 し 星 ほし 星 ぼし 上 じょう 。
等邊 とうへん 五 ご 邊 へん 形 がた [ 编辑 ]
有 ゆう 兩個 りゃんこ 直角 ちょっかく 的 てき 等邊 とうへん 五 ご 邊 へん 形 がた
等邊 とうへん 五邊形是指五條邊等長的五邊形。等邊 とうへん 五 ご 邊 へん 形 がた 不 ふ 一定 いってい 是正 ぜせい 五 ご 邊 へん 形 がた 。由 よし 於其內角可 か 以取自 じ 一 いち 個 こ 範圍 はんい 內的集合 しゅうごう ,而形成 けいせい 一 いち 個 こ 等邊 とうへん 五 ご 邊 へん 形 がた 的 てき 群 ぐん ,相 そう 比 ひ 之 の 下 した ,正 せい 五 ご 邊 へん 形 がた 由 よし 於其內角 也固定 こてい 了 りょう ,因 いん 此是唯一 ゆいいつ 的 てき 。
有 ゆう 兩個 りゃんこ 直角 ちょっかく 的 てき 等邊 とうへん 五邊形由於外形與有屋頂的房屋形狀非常相似,因 いん 此通常用 じょうよう 作 さく 房子 ふさこ 的 てき 符號 ふごう 。
五 ご 邊 へん 形 がた 鑲嵌[ 编辑 ]
五 ご 邊 へん 形 がた 鑲嵌是 ぜ 指 ゆび 用 よう 全 ちょん 等 ひとし 的 てき 五 ご 邊 へん 形 がた 沒 ぼつ 有 ゆう 空隙 くうげき 地 ち 填 はま 滿 まん 整 せい 個 こ 平面 へいめん 的 てき 鑲嵌 圖形 ずけい 。2017年 ねん 5月 がつ ,里 さと 昂 のぼる 高等 こうとう 师范学校 がっこう Michaël Rao宣 せん 称 しょう 已 やめ 证明只 ただ 存在 そんざい 15种凸五边形鑲嵌平面情况[1] 。
扭歪五 ご 邊 へん 形 がた [ 编辑 ]
塗 ぬり 上 じょう 黃色 おうしょく 的 てき 邊 あたり 是 ぜ 一 いち 個 こ 扭歪五 ご 邊 へん 形 がた ,位 い 於四維正 せい 五 ご 胞體的 てき 施 ほどこせ 萊格爾 なんじ 圖 ず 的 てき 透視 とうし 投影 とうえい 。
扭歪五 ご 邊 へん 形 がた ,又 また 稱 たたえ 不 ふ 共 とも 面 めん 五 ご 邊 へん 形 がた ,是 ぜ 指 ゆび 頂點 ちょうてん 並 なみ 非 ひ 完全 かんぜん 共 とも 面 めん 的 てき 五 ご 邊 へん 形 がた 。
皮 かわ 特 とく 里 さと 多邊形 たへんけい [ 编辑 ]
一些高維度多胞體的皮 かわ 特 とく 里 さと 多邊形 たへんけい 是 ぜ 扭歪五 ご 邊 へん 形 がた ,例 れい 如四 よん 維正 せい 五 ご 胞體[5] 。
類 るい 五 ご 邊 へん 形 がた 形 がた [ 编辑 ]
類 るい 五邊形形是五邊形在其他維度的類比,只 ただ 存在 そんざい 於四 よん 維或 ある 以下 いか 的 てき 空間 くうかん 。這些形狀 けいじょう 都 と 具有 ぐゆう Hn 的 てき 考 こう 克 かつ 斯特群 ぐん [6] [7] [8] ,其中正 ちゅうせい 五 ご 邊 へん 形 がた 為 ため H2 ,階數 かいすう 為 ため 10。
由 よし 五 ご 邊 へん 形 がた 組成 そせい 的 てき 多面體 ためんたい [ 编辑 ]
有 ゆう 一些多面體由五邊形構成,最 さい 常見 つねみ 的 てき 就是正 ぜせい 十 じゅう 二 に 面體 めんてい ,是 ぜ 一個由正五邊形組成的正多面體。
参考 さんこう 文献 ぶんけん [ 编辑 ]
^ 1.0 1.1 Exhaustive search of convex pentagons which tile the plane (PDF) . [2019-07-29 ] . (原始 げんし 内容 ないよう 存 そん 档 (PDF) 于2020-11-12).
^ Herbert W Richmond. Pentagon . 1893 [2016-08-28 ] . (原始 げんし 内容 ないよう 存 そん 档 于2020-11-27).
^ Peter R. Cromwell. Polyhedra . : 63 [2016-08-28 ] . ISBN 0-521-66405-5 . (原始 げんし 内容 ないよう 存 そん 档 于2020-10-03).
^ This result agrees with Herbert Edwin Hawkes; William Arthur Luby; Frank Charles Touton. Exercise 175. Plane geometry . Ginn & Co. 1920: 302 [2016-08-28 ] . (原始 げんし 内容 ないよう 存 そん 档 于2014-01-01).
^ H.S.M. Coxeter Regular Polytopes , 3rd edition, 1973
^ Kaleidoscopes: Selected Writings of H.S.M. Coxeter , edited by F. Arthur Sherk, Peter McMullen, Anthony C. Thompson, Asia Ivic Weiss, Wiley-Interscience Publication, 1995, ISBN 978-0-471-01003-6 [1] (页面存 そん 档备份 ,存 そん 于互联网档案 あん 馆 )
^ (Paper 10) H.S.M. Coxeter, Star Polytopes and the Schlafli Function f(α あるふぁ ,β べーた ,γ がんま ) [Elemente der Mathematik 44 (2) (1989) 25–36]
^ Coxeter, Regular Polytopes , 3rd. ed., Dover Publications, 1973. ISBN 0-486-61480-8 . (Table I(ii): 16 regular polytopes {p, q, r} in four dimensions, pp. 292–293)
参 まいり 见[ 编辑 ]