Многоугольники: выпуклые многоугольники, сумма внутренних и внешних углов
Определение многоугольника, выпуклость, диагонали. Теорема о сумме внутренних углов выпуклого n-угольника и сумме внешних углов.
1. Определение:
Многоугольник — фигура на плоскости, образованная замкнутой ломаной линией без самопересечений. Звенья ломаной называются сторонами многоугольника, а их концы — вершинами.
2. Обозначение:
Многоугольник с n вершинами (и n сторонами) называют n-угольником (треугольник при n = 3, четырехугольник при n = 4, пятиугольник при n = 5 и т.д.).
3. Диагональ многоугольника:
Отрезок, соединяющий две любые несоседние вершины многоугольника, называется его диагональю.
Из одной вершины n-угольника можно провести (n - 3) диагонали (так как нельзя соединить саму вершину и две соседние с ней).
Всего в n-угольнике число диагоналей равно: .
Чертеж: Выпуклый многоугольник и его диагонали
Замкнутый многоугольник
Несоседняя связка
1. Выпуклость:
Многоугольник называется выпуклым, если при продолжении любой его стороны в бесконечную прямую весь многоугольник целиком лежит в одной полуплоскости относительно этой прямой.
2. Теорема о сумме углов выпуклого n-угольника:
Сумма внутренних углов любого выпуклого n-угольника равна:
Доказательство триангуляцией:
1. Выберем одну вершину выпуклого n-угольника.
2. Проведем из нее все возможные диагонали (их число равно n - 3).
3. Эти диагонали разобьют n-угольник на (n - 2) неперекрывающихся треугольника.
4. Сумма углов каждого треугольника равна 180°, а сумма углов всех треугольников совпадает с суммой внутренних углов n-угольника.
5. Следовательно: Sn = (n - 2) * 180°. Теорема доказана.
Разбиение на треугольники
Равные стороны и углы
1. Внешний угол:
Угол, смежный с внутренним углом многоугольника при данной вершине, называется внешним углом многоугольника: θi = 180° - αi.
2. Теорема о сумме внешних углов:
Сумма внешних углов выпуклого n-угольника, взятых по одному при каждой вершине, всегда равна 360° независимо от числа сторон n:
θ₁ + θ₂ + ... + θn = 360°.
Доказательство:
Сумма всех пар (внутренний + внешний) при n вершинах равна n * 180°.
Вычитая сумму внутренних углов: n * 180° - (n - 2) * 180° = 180°(n - n + 2) = 360°. Теорема доказана.
3. Внешний угол правильного n-угольника:
θправ = 360° / n.
Для нахождения числа сторон, углов и диагоналей:
Определение числа сторон n по сумме углов S
Определение правильного многоугольника по углу α
Подсчет числа диагоналей
Классический вопрос ЕНТ:
«Каждый внутренний угол правильного многоугольника равен 150°. Сколько сторон имеет этот многоугольник?»
Длинный путь (составление уравнения):
(n - 2) * 180° / n = 150° => 180n - 360 = 150n => 30n = 360 => n = 12.
Быстрый путь ЕНТ (через внешний угол в 5 секунд):
Внешний угол равен: θ = 180° - 150° = 30°.
Так как сумма внешних углов равна 360°, число сторон равно: n = 360° / 30° = 12 сторон!
Этот прием экономит до 2 минут на экзамене.
Секрет ЕНТ: Расчет через внешний угол
Всегда переходите от внутреннего угла к внешнему: n = 360° / (180° - α). Это мгновенно дает верный результат без дробей и раскрытия скобок!
