Многокутники
Многокутники — це узагальнення всього, що ти вже знаєш про трикутники й чотирикутники. Замість окремих фактів для кожної фігури тут з'являються формули з параметром , які працюють одразу для всіх. На НМТ ця тема дає короткі, але «технічні» задачі: знайти суму кутів, кут правильного многокутника, кількість діагоналей або, навпаки, відновити кількість сторін за однією з цих величин.
Основні поняття
Многокутник — замкнена ламана без самоперетинів разом із обмеженою нею частиною площини. Його вершини, сторони й кути позначають за вершинами. Многокутник називають опуклим, якщо він лежить по один бік від кожної прямої, що містить його сторону (усі внутрішні кути менші за ); інакше — неопуклим.
-кутник має вершин, сторін і внутрішніх кутів.
Сума кутів
Будь-який опуклий -кутник діагоналями з однієї вершини розбивається на трикутники, тому сума внутрішніх кутів:
Чому саме ? З обраної вершини діагоналі можна провести до всіх вершин, окрім неї самої та двох сусідніх, тобто до вершин. Ці діагоналі ділять фігуру на трикутники. Перевіримо на знайомих випадках: для трикутника , для чотирикутника — усе збігається з тим, що ми знаємо.
Сума зовнішніх кутів (по одному при кожній вершині) будь-якого опуклого многокутника стала:
Ця сталість спершу дивує: у трикутника й у стокутника сума зовнішніх кутів однакова. Наочне пояснення — обхід по периметру: пройшовши фігуру повністю, ти повертаєшся в початкову точку, дивлячись у той самий бік, тобто сумарно повернувся рівно на один повний оберт, .
Сума внутрішніх кутів опуклого многокутника дорівнює . Скільки в нього сторін?
- Записуємо формулу: ;
- ділимо обидві частини на : ;
- звідси .
Відповідь: десятикутник.
Правильний многокутник
Правильний многокутник має всі сторони й усі кути рівні. Тоді один внутрішній кут:
Наприклад, у правильного шестикутника .
Формула — просто сума кутів, поділена на їхню кількість; окремо її запам'ятовувати не треба. Часто швидше рахувати через зовнішній кут: він дорівнює , а внутрішній доповнює його до . Для шестикутника: , отже внутрішній — той самий результат за два кроки замість трьох.
Варто пам'ятати кути найпоширеніших правильних многокутників: трикутник — , квадрат — , п'ятикутник — , шестикутник — , восьмикутник — .
Знайдемо внутрішній кут правильного дванадцятикутника.
- Зовнішній кут: ;
- внутрішній доповнює його до розгорнутого: .
Відповідь: . Перевірка за основною формулою: . ✅
Діагоналі
Діагональ сполучає дві несусідні вершини. З кожної вершини виходить діагоналей (не можна до себе й до двох сусідів), а всього:
Ділимо на , бо кожну діагональ рахуємо двічі — з обох її кінців.
Перевірка формули на простих випадках: у трикутника діагоналей, у чотирикутника , у п'ятикутника . Усе сходиться з тим, що можна перерахувати на рисунку.
Многокутник має діагоналей. Скільки в нього вершин?
- Складаємо рівняння: ;
- множимо на : , тобто ;
- за теоремою Вієта корені , ;
- від'ємний корінь відкидаємо — кількість вершин додатна.
Відповідь: вершин.
Типові помилки
- Забувають відняти двійку й рахують суму кутів як . Швидка перевірка: для чотирикутника має вийти , а не .
- Плутають суму кутів із кутом одного многокутника. Формула дає суму; щоб отримати один кут правильного многокутника, її ще треба поділити на .
- Забувають поділити кількість діагоналей навпіл. Кожна діагональ виходить із двох вершин, тому без ділення відповідь буде вдвічі більшою.
- Застосовують формули до неопуклого многокутника. Формула суми зовнішніх кутів і твердження «всі кути менші за » стосуються лише опуклих фігур.
- Не відкидають сторонній корінь. Рівняння на квадратне, і від'ємний або дробовий корінь геометричного змісту не має.