等分圓周的分類

2023-01-06 01:24:02 字數 3397 閱讀 7941

等分圓周是尺規作圖的一小部分的內容,把乙個圓周分成n等份,就可以作出圓內接或外切正n邊形,即有趣又實用的幾何作圖問題。

等分圓周分成兩大類的作圖法:一類是能用尺規準確作出一些等分圓周的問題,例如:二等分圓周、三等分圓周、四等分圓周、五等分圓周、六等分圓周、八等分圓周、十等分圓周、十二等分圓周、十七等分圓周等等;二類是不能用尺規準備作出等分圓周的問題,即用尺規等分圓周的近似作圖的問題,有四種方法能近似作出等分圓周,例如:

1、萊納基法;2、陀因皮耶法;3、改良法;4、對稱、對應中心投影法等等。

根據自己在讀大專時,已經學習過幾何作圖這本書,對這本書裡面的內容也掌握地比較好,再加上自己對作用也比較感興趣,另外在這學期,自己也學習本科開設的初等幾何研究的課程。所以自己對一些等分圓周的作圖還是掌握地比較好,現在介紹自己學習過的等分圓周的作圖。

一、能用尺規準確作出一些等分圓周的問題,而且這些作法的正確效能用平面幾何去證明。

1、二等分圓周的尺規作圖

例1、已知:乙個圓

求作:圓的二等分。

作法:(1)作圓o;

(2)作圓的直徑ab;

證明:因為角aob為180°,所以a、b是圓o的二等分點。

2、三等分圓周的尺規作圖

例2、已知:乙個圓

求作:圓的三等分。

作法:(1)作圓的直徑ad;

(2)以d為圓心、od為半徑作圓,交圓於b、c兩點;

(3)鏈結ab、ac、bc;則三角形abc為所求作圓的內接正三角形,即a、b、c圓的三等分。

證明:鏈結co、cd,由作圖可知圓o和圓d的半徑相等,從而有oc=od=cd=1/2ad,因為三角形是圓o的內接三角形,ad是圓o的直徑,所以三角形是直角三角形,所以角cad=30°;同理:角bad=30°,所以角bac=60°;又因為ad是圓o和圓d兩圓的圓心連線,cb是圓o和圓d的公共弦。

所以ad垂直平分cb;所以ab=ac;所以三角形是等邊三角形,即把圓三等分。

3、四等分圓周的尺規作圖

例3、已知:乙個圓

求作:圓的四等分。

作法:在二等分圓周的基礎上,再把每一等分弧所對的圓心角進行二等分,角的一平分線與圓弧的交點為所求的分點,這樣與二等分點便四等分圓周了。

4、五等分圓周的尺規作圖

例4、已知:乙個圓

求作:圓的五等分。

作法:(1)作圓o及其兩條互相垂直的直徑az、xy;

(2)作出半徑oy的中點m,以m為圓心、ma為半徑畫弧,交ox於n;

(3)以a為圓心、an為半徑畫弧,交弧ax於e;

(4)鏈結ae;則弧ae為圓o的一段五等分弧,角aoe是乙個圓角的五分之一。

證明:設圓的半徑為r,在直角三角形aon中,由上述的物邊形作圖可知:an平方=ao平方= on平方=ao平方+(am-om)平方;而ao=r,om=r/2,am=[r平方+(r/2)平方]開根號,所以an=1/2根號[10-2根號5]r.

又因為an=ae,所以ae= an=1/2根號[10-2根號5]r 是半徑為r的圓內接正五邊形的邊長,即把圓五等分。

5、六等分圓周的尺規作圖

例5、已知:乙個圓

求作:圓的六等分。

作法:(1)作圓o及其直徑ad;

(2)分別以a、d為圓心、以圓o為半徑oa為半徑畫弧交圓o於b、f、c、e四點;

(3)依次鏈結ab、bc、cd、de、ef、fa;則六邊形abcdef為所求作圓的內接六邊形,即a、b、c、d、e、f圓的六等分。

證明:鏈結ob、oc、oe、of,因為ab=oa=ab,所以角aob=60°,同理:角doe=角cod=角aof=60°。

因為角aod=180°,所以角boc=角eof=60°。所以角aob=角boc=角eof=角doe=角cod=60°。所以a、b、c、d、e、f圓的六等分。

6、八等分圓周的尺規作圖

例6、已知:乙個圓

求作:圓的八等分。

作法:(1)作圓o及其兩條互相垂直的直徑ac、bd;

(2)分別作角aob和角aod的平分以及它們的反向延長線交圓o於e、f和g、h;

(3) 則a、e、b、h、c、g、d、f圓的八等分點。

7、十等分圓周的尺規作圖

例7、已知:乙個圓

求作:圓的十等分。

作法:在五等分圓周的基礎上,再把每一等分弧所對的圓心角進行二等分,角的一平分線與圓弧的交點為所求的分點,這樣與二等分點便十等分圓周了。

8、十二等分圓周的尺規作圖

例7、已知:乙個圓

求作:圓的十二等分

作法:(1)作圓o及其兩條互相垂直的直徑ac、bd;

(2)分別以a、b、c、d為圓心,以oa為半徑作弧交圓o的八個點:e、f、g、h、q、p、m、n;則a、e、m、d、n、h、b、g、p、c、q、f十二個點便是圓的十二等分點。

9、十七等分圓周的尺規作圖

例7、已知:乙個圓

求作:圓的十七等分。

作法:(1)作圓o及其兩條互相垂直的直徑ac、bd;

(2)作點e,使eo=1/4ao,鏈結ce;

(3)作角ceb的平分線ef;

(4)作角feb的平分線eg,角co於p;

(5)作角geh=45°,交cd於q;

(6)以cq為直徑作圓,交ob於k;

(7)以p為圓心,pk為半徑作圓,交cd於l、m;

(8)分別過m、l作cd的垂線,交圓o於n、r;

(9)作弧nr的中點s,則弧sn為圓o的1/17弧;

(10)以s為起點,線段sn的長度在圓o圓周上順時針或逆時針擷取,便把圓o17等分。

二、不能用尺規準確作出等分圓周的問題,即用尺規近似作出等分圓周,而且這些作法的正確性不能用平面幾何去證明。

1、萊納基法

作法:(1)畫出圓o後,以直徑ab為一邊作出正三角形abc;

(2)在oa上取ap=2/nab;

(3)鏈結cp,交圓o 於m;

(4)則弧am可以近似地作為圓o的一段n等分弧;角moa可以近似地作為周角的1/n。

2、改良法

作法:(1)畫出圓o後,以直徑ab為一邊作出正三角形abc;

(2)在ab上取op=oq=2/noa;

(3)鏈結cp、cq並延長,使與圓o分別相交於m、n;

(4)則mn可以近似地作為圓o的一段n等分弧;角mon可以近似地作為周角的1/n。

以上是自己在學習過的基礎上總結出基本作圖的方法,這些只是有限個的等分圓周,不過只要掌握好一些基本作圖的方法,也能作出另一些的等分圓周的,例如,1、要作出十等分圓周,只要作出五等分圓周,再在五等分圓周的基礎上,再把每一等分弧所對的圓心角進行二等分,角的一平分線與圓弧的交點為所求的分點,這樣與二等分點便十等分圓周了。2、要作出二十四等分圓周,只要作出十二等分圓周,再在十二等分圓周的基礎上,再把每一等分弧所對的圓心角進行二等分,角的一平分線與圓弧的交點為所求的分點,這樣與二等分點便二十四等分圓周了,等等...,也可以利用這些作法,作出很多漂亮的圖案,例如:窗花圖案、五角星、建築中的瓷磚塊等等。

經過學習等分圓周的作法,發現尺規作圖很多的妙處!

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