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スレッドNo.2022

星形図形の内角の総和公式の証明

円周上に、N個の点を配置するとき、N個の頂点、d(足跡の長さとする)
内角の総和=(N-2d)π 一般化
1,正N角形頂点の内角の総和 d=1(隣り合う点を結ぶ)の場合
対角線により、N-2個の三角形に分割されますので、
内角の総和=(N-2)π 
2.N角形の頂点の内角の総和=(N-2)π d=1の場合
頂点を、等分にしなくても成り立つ。
円周角を一つずつ動かしても、全体の角の総和はかわらない。
3,星形(d個ずつ結んだ場合)N>2d 1,2の一般化
公約数(N,d)=1の場合
4,公約数(N,d)=d’>1、の場合
5,円周上に、N個の点を取り、12時の点から始め(一般性を失わない)、正の回転(左回りで意)番号付け(1からN、または、0からN-1)をしておく。すべて頂点A,B,Cの順で結んだ時、直線ABと直線BCのなす角が正の回転とする。
6,その他、複数の多角形に分割される場合

円周角の性質を、利用して証明できます。

引用して返信編集・削除(編集済: 2024年07月24日 17:01)

3の証明
時計の12時の位置に点を選び、円周をN等分し、その点を選ぶ。
12時の点から始め、一定の間隔dで対角線を結ぶと、
N回目に元の12時の位置に戻ることができる。
Nd≡0(mod N) N'<Nでは、元に戻らない。
一区間の中心角は、2π/Nで、円周角は、π/Nである。
一方、その円周角は、区間(N-2d)の円周角であり、N個ある。
星形図形の内角の総和=
(π/N)*(N-2d)*N=(N-2d)π
N>2dの条件は、同じ形の逆順を避けるためです。

引用して返信編集・削除(編集済: 2024年07月23日 09:28)

4の証明
d=d'のとき、つまり、dがNの約数、N=de
このとき、頂点がe個の多角形がd個できるので、
内角の総和=d*(e-2)π=(de-2d)π=(N-2d)π。

引用して返信編集・削除(未編集)

4の証明 d>d’のとき
N/d', d/d'は、ともに整数で、
頂点の数N/d'個、足跡の長さd/d' の角は(N/d'-2d/d')πとなり、
同じ図形が、d’個できるので、
出来る図形の内角の総和=d’(N/d'-2d/d')π
=(N-2d)π。

引用して返信編集・削除(未編集)

5の証明
頂点表示:σ1,…σn,(o~n-1の置換)
足跡表示:d1,…dn、d(i)=σ(i+1)-σ(i)、σ(n+1)=σ(1)
Σd(i)=Σ(σ(i+1)-σ(i))=0 (Σは、1~Nまで)
但し、σ(i)>σ(i+1)のとき、マイナスになるが、左回りで数えるので、
d(i)をN+d(i)に置き換えると、Σd(i)は、Nの倍数となる。
つまり、Σd(i)=Nd(dは、平均値)
頂点角表示:e(i)=π/N(N-(d(i)+d(i+1)))
N-(d(i)+d(i+1)>0 (正の角、左回りの角なので,
同じ理由で、N/2>d(i+1),N/2>d(i))から)
円周角の総和=Σe(i)=π/NΣ(N-(d(i)+d(i+1)))
      =π/N(N^2-Σ(d(i)+d(i+1)))
      =π/N(N^2-2Nd)=(N-2d)π。
二か所修正しました。

引用して返信編集・削除(編集済: 2024年07月27日 08:29)

6の証明
N=n1+…nk,nk>3のとき
各nkは、サイクルの図形なので、5の証明と同じ。
説明不足があれば、よろしくお願いします。

引用して返信編集・削除(未編集)

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