Правильний шестикутник
Правильний шестикутник (гексагон від грец. ἕξ, hex — шість та грец. γωνία, gonía — кут) — шестикутник, у якого всі сторони і кути рівні. Також, правильний шестикутник — геометрична фігура, правильний многокутник з шістьма сторонами. Правильний шестикутник можна отримати , застосовуючи операцію зрізання вершини до рівностороннього трикутника. Такий шестикутник має символ Шлефлі t{3}. Правильний шестикутник може виступати гранями для шестикутної призми та антипризми, для п'яти напівправильних багатогранників Архімеда, а також для багатогранників Голдберга[en] та багатогранників Ватермана[en]. Правильний шестикутник має шість ліній дзеркальної симетрії, і обертову симетрію 6-го порядку (у 60°, 120°, 180°, 240° та 300°). Оскільки сума внутрішніх кутів довільного опуклого шестикутника становить 720°, то кожен внутрішній кут правильного шестикутника дорівнює 120°. ФормулиНехай — сторона правильного шестикутника, Для правильного шестикутника справедливі наступні формули: Сторона правильного шестикутника:
У правильному шестикутнику сторона дорівнює радіусу описаного навколо нього кола. Радіус вписаного кола правильного шестикутника (дорівнює апотемі правильного шестикутника) — дотикається до всіх його ребер:
Радіус описаного кола правильного шестикутника — проходить через всі його вершини:
Висота ‒ відстань між протилежними сторонами:
Із відношення радіусів описаного та вписаного кіл випливає, що відношення висоти до ширини правильного шестикутника дорівнює 1:1,1547005; тобто шестикутник із довгою діагоналлю 1 матиме відстань 0,8660254 між паралельними сторонами. Площа правильного шестикутника:
Кути правильного шестикутникаВнутрішнім кутом правильного шестикутника при даній вершині називається кут між двома його сторонами, що сходяться в цій вершині.
Сума внутрішніх кутів дорівнює радіан. Зовнішнім кутом правильного шестикутника при цій вершині називається кут, суміжний внутрішньому куту шестикутника при цій вершині. радіан. Сума зовнішніх кутів (по одному при кожній вершині) дорівнює радіан. Центральним кутом правильного шестикутника називається центральний кут його описаного кола, що спирається на його сторону. Величина центрального кута дорівнює: радіан. ДіагоналіПравильний шестикутник має діагоналей:
Коротка діагональ дорівнює висоті H шестикутника.
Довга діагональ правильного шестикутника вдвічі довша за його сторону. З однієї вершини правильного шестикутника можна провести три діагоналі; вони ділять шестикутник на чотири трикутних частини, а внутрішній кут шестикутника ділять на чотири рівних частини. Кут між будь-якими сусідніми діагоналями, що виходять з однієї вершини (включно зі сторонами, що виходять з цієї вершини):
Діагоналі правильного шестикутника перетинаються в 13 точках і ділять внутрішню область шестикутника на 24 частини (послідовності A006561 та A007678). Короткі діагоналі при перетині утворюють гексаграму. Довгі діагоналі перетинаються в одній точці — центрі правильного шестикутника. Сума квадратів всіх сторін та всіх діагоналей правильного шестикутника, вписаного в коло радіуса R дорівнює 36R2 [1] . Властивості
Нехай точка Р — довільна точка всередині правильного шестикутника. З неї на сторони опущені перпендикуляри. — апотема правильного шестикутника (перпендикуляр, опущений з його центра на будь-яку з його сторін). Тоді виконується така рівність:
Названа іменем італійського математика Вінченцо Вівіані[6].[1] Точка на описаному коліНавколо правильного шестикутника ABCDEF описано коло. Точка Р лежить на описаному колі між вершинами В і С. Тоді:
Нехай — відстані від точки P на описаному колі правильного шестикутника до його вершин. Тоді:[7]
Сума квадратів відстаней від вершин правильного шестикутника до будь-якої точки на його описаному колі дорівнює 12R2[1] Сума квадратів відстаней від середин сторін правильного шестикутника до будь-якої точки на його описаному колі дорівнює 12R2 − 3/2a2,[1] де a — довжина сторони правильного шестикутника. Точка в площині правильного шестикутникаНавколо правильного шестикутника описано коло радіусом R. Точка Р знаходиться в площині шестикутника. ОР = L — відстань від точки Р до центра шестикутника (центра описаного кола). (i = 1, 2…5) — відстані від точки Р до вершин шестикутника. Тоді виконуються наступні рівності:[7] СиметріяПравильний шестикутник має діедричну групу симетрії D6 (або Dih6), порядку 12. Вона складається з 6 обертових симетрій (у 60°, 120°, 180°, 240° та 300°) і 6 осьових симетрій. Правильний шестикутник має 6 ліній дзеркальної симетрії: 3 осі симетрії, що проходять через дві протилежні вершини, та 3 осі симетрії, що проходять через середини протилежних сторін. Є центр симетрії. Група симетрії D6 містить 16 підгруп. Це 8 підгруп включно з ізоморфізмами: власне D6 , 2 діедричні (D3, D2), 4 циклічні (Z6, Z3, Z2, Z1), та тривіальна (e). Ці типи симетрії у правильному шестикутнику можна побачити у вигляді 9 різних симетрій. Джон Конвей позначав їх за допомогою літери і порядку групи.[8] Повна симетрія правильної форми — r12 і відсутність симетрії — a1. p6, ізогональний шестикутник, побудований з трьома відзеркаленнями, для неправильних форм може чергувати довгі та короткі ребра. d6, ізотоксальний шестикутник, побудований з рівними довжинами ребер, але вершини чергуються з двома різними внутрішніми кутами (для неправильних форм). Ці дві форми є двоїстими одна до одної та мають половинний порядок симетрії правильного шестикутника. Форми i4 являють собою правильні шестикутники, сплющені або витягнуті вздовж одного напрямку симетрії.
Його можна розглядати як подовжений ромб, тоді як d2 і p2 можна розглядати як горизонтально та вертикально подовжені дельтоїди. g2 шестикутники, протилежні сторони яких паралельні, також називають шестикутними паралелогонами. Кожна підгрупа симетрії допускає один або більше ступенів вільності для неправильних форм. Лише підгрупа g6 не має ступенів вільності, але її можна розглядати як орієнтований граф. Шестикутники з симетрією g2, i4, та r12, як паралелогони можуть замостити евклідову площину шляхом копіювання. Інші форми шестикутника замощують площину в різних орієнтаціях. ПобудоваПравильний шестикутник можна побудувати за допомогою циркуля і лінійки, оскільки число є добутком двійки на просте число Ферма, що згідно з теоремою Гаусса — Ванцеля є достатньою умовою для можливості його побудови за допомогою циркуля і лінійки. Побудова правильного шестикутника з даним радіусом описаного кола
Побудова правильного шестикутника за даною стороноюДано відрізок АВ, що дорівнює стороні правильного шестикутника. З кінців відрізка радіусом, рівним АВ проводимо дві дуги до їх перетину в точці М. Із точки М цим же радіусом проводимо коло. Починаючи з точки В радіусом АВ відмічаємо на цьому колі ще чотири вершини шуканого шестикутника. Приблизна побудова "по клітинках"Наближення до правильного шестикутника, яке часто є достатнім для практичних цілей, отримують, якщо шестикутник побудовано з приблизно рівносторонніх трикутників, які мають співвідношення висоти до основи 7:8 (7 одиниць довжини в висоту та 8 одиниць довжини основи). Кути цього трикутника майже дорівнюють 60о. Це наближення застосовується, коли допускається похибка трохи менше 1%. Наприклад, при розмітці клумб, міських площ, ігрових полів та ін. Точки Pi (x|y) пронумеровані нижче відповідно до цифр годинника, центр (0|0):
Краще наближення можна отримати, замінивши числа 4, 7 і 8 у наведених вище координатах на 15, 26 і 30 відповідно. Інші можливі трійки: (56, 97, 112) або (209, 362, 418). Фізичні методиПравильний шестикутник можна скласти методами оригамі, використовуючи дві смуги паперу однакової ширини.[5] Розбиття
Гарольд Коксетер стверджує, що кожен зоногон (2m-кутник, протилежні сторони якого паралельні й мають однакову довжину) можна розрізати на Зокрема, це справедливо для будь-якого правильного багатокутника з парною кількістю сторін, у цьому випадку всі паралелограми є ромбами. Це розбиття правильного шестикутника базується на багатокутнику Петрі[en] проекції куба, з 3 із 6 квадратних граней. Пов'язані многокутникиПравильний шестикутник має символ Шлефлі {6}. Правильний шестикутник є частиною правильного шестикутного паркету {6,3} з трьома шестикутними гранями навколо кожної вершини. Правильний шестикутник також можна утворити, застосувавши операцію зрізання вершини до рівностороннього трикутника. Такий шестикутник має символ Шлефлі t{3}. Оскільки ця форма має два типи (кольорів) сторін, то її симетрія лише D3. Зрізаний шестикутник, t{6}, є дванадцятикутником, в якого чергуються два типи (кольорів) сторін. Альтернований[en] шестикутник, h{6}, є правильним трикутником {3}. Правильний шестикутник має зірчасту форму, гексаграму. Правильний шестикутник можна розбити на шість рівносторонніх трикутників, з вершинами в центрі шестикутника. Цей візерунок повторюється в межах правильного трикутного паркету. Правильний шестикутник можна розширити до правильного дванадцятикутника, додавши навколо нього квадрати та рівносторонні трикутники, що чергуються. Цей візерунок повторюється в ромботришестикутному паркеті[en].
Правильний шестикутник в многогранникахСеред правильних багатогранників Платона не існує таких, що мають шестикутні грані. Однак правильний шестикутник можна отримати як переріз правильних багатогранників площиною, або при їх ортогональних проєкціях. Площина, що перетинає правильний багатогранник по шестикутному перерізу, проходить через центр багатогранника та середини його протилежних паралельних ребер, та розділяє його на дві рівні частини. Площина шестикутного перерізу в кубі та додекаедрі перпендикулярна до їх діагоналі.[10][11][12]
Багатогранники Архімеда: зрізаний тетраедр, зрізаний октаедр, зрізаний ікосаедр, зрізаний кубооктаедр та зрізаний ікосододекаедр, мають в складі своїх граней правильний шестикутник. Ці шестикутники можна вважати зрізаними трикутниками, а тому багатогранники мають діаграми Кокстера у вигляді та .
Існують інші багатогранники даних симетрій з деформованими (розтягнутими або сплощеними) шестикутниками, зокрема багатогранник Голдберга[en] G(2,0):
Існує 9 многогранників Джонсона, гранями яких є правильний шестикутник:
Призматоїди з шестикутними гранями:
Паркети з правильними шестикутниками
Правильний шестикутник у природі, техніці та культурі
Галерея
Див. також
Примітки
Посилання
|
Portal di Ensiklopedia Dunia