在上篇文章中,我介绍二倍角三角形作图原理以及《几何原本》中用尺规作圆的内接正五边形的方法,不过圆的内接正五边形的作图过程有些繁琐。这篇文章,我将向大家介绍一种更简单的尺规作圆的内接正五边形的方法。
由于作图(圆的内接正五边形)过程需要用到二倍角三角形的作图原理,这里我还是先向大家介绍二倍角三角形的原理。
1、二倍角三角形的原理:
《几何原本》第四卷—命题10:作一个等腰三角形,使它的每个底角是顶角的二倍。证明:
1、任取一条线段AB,在AB上取一点C,使以AB和BC为边所构成的矩形面积等于以CA为边的正方形面积。(第2卷 命题11)(具体作图方法及原理,详见我的文章中的命题11的证明过程)
2、以A为圆心、AB为半径作圆BDE。
3、作圆BDE的拟合线BD,使BD=AC。(第4卷 命题1)
4、连接AD和DC,作三角形ACD的外接圆ACD。(第4卷 命题5)
5、因为以AB和BC为边所构成的矩形面积等于以CA为边的正方形面积,AC=BD,所以以AB和BC为边所构成的矩形面积等于以BD为边的正方形面积,于是BD与圆ACD相切。(第3卷 命题37)
6、因为BD与圆相切,DC是过切点D的圆的拟合线,所以角BDC等于相对弓形上的角DAC。(第3卷 命题32)
7、因为角BDC=角DAC,两边同时加上角CDA,所以角BDA=角CDA 角DAC。
8、又因为外角BCD=角CDA 角DAC(第1卷 命题32),所以角BDA=角BCD。
9、又因为AB=AD,所以角BDA=角CBD。(第1卷 命题5)
10、所以角BCD=角CBD,于是DB=DC。(第1卷 命题6)
11、又因为BD=CA,所以DC=CA,所以角CDA=角CAD(第1卷 命题5)
12、所以角CDA与角CAD的和是角DAC的二倍,又角BCD=角CDA 角CAD,于是角BCD是角DAC的二倍。
13、又因为角BCD=角BDA=角DBA,所以角BDA和角DBA都是角DAB的二倍。
14、所以等腰三角形ABD的底边BD上的每个角都是顶角的二倍。
证明完毕。
2、圆的内接正五边形的快速作图方法:
有了二倍角三角形作图原理的铺垫,我们便能只使用尺规快速作出圆的内接正五边形,以下是作图的方法:
步骤1:任取一条线段OA,延长AO至a。
步骤2:以O为圆心,OA为半径作圆与Oa相交于b,此时Ob=OA。