A szabályos sokszögek közelítő szerkesztéséhez

Hasonló dokumentumok
Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

Ellipszis átszelése. 1. ábra

Egy érdekes statikai feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladattal.

Fiók ferde betolása. A hűtőszekrényünk ajtajának és kihúzott fiókjának érintkezése ihlette az alábbi feladatot. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

Egy újabb térmértani feladat. Az [ 1 ] könyvben az interneten találtuk az alábbi érdekes feladatot is 1. ábra.

A hordófelület síkmetszeteiről

Egy geometriai szélsőérték - feladat

A gúla ~ projekthez 2. rész

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

Végein függesztett rúd egyensúlyi helyzete. Az interneten találtuk az [ 1 ] munkát, benne az alábbi érdekes feladatot 1. ábra. Most erről lesz szó.

Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

Egy másik érdekes feladat. A feladat

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

Az elforgatott ellipszisbe írható legnagyobb területű téglalapról

Egy sajátos ábrázolási feladatról

Henger és kúp metsződő tengelyekkel

Profilmetsződésekről, avagy tórusz és körhenger áthatásáról

Függőleges koncentrált erőkkel csuklóin terhelt csuklós rúdlánc számításához

Néhány véges trigonometriai összegről. Határozzuk meg az alábbi véges összegek értékét!, ( 1 ) ( 2 )

Egy kérdés: merre folyik le az esővíz az úttestről? Ezt a kérdést az után tettük fel magunknak, hogy megláttuk az 1. ábrát.

Egy ismerős fizika - feladatról. Az interneten találtuk az [ 1 ] könyvet, benne egy ismerős fizika - feladattal 1. ábra.

Egy kötélstatikai alapfeladat megoldása másként

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

Szabályos fahengeres keresztmetszet geometriai jellemzőinek meghatározása számítással

Fa rudak forgatása II.

Fénypont a falon Feladat

Vonatablakon át. A szabadvezeték alakjának leírása. 1. ábra

Csúcsívek rajzolása. Kezdjük egy általános csúcsív rajzolásával! Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

A konfokális és a nem - konfokális ellipszis - seregekről és ortogonális trajektóriáikról

Egy kinematikai feladat

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

Az éjszakai rovarok repüléséről

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

A magától becsukódó ajtó működéséről

Egy mozgástani feladat

Egy érdekes mechanikai feladat

Egy általánosabb súrlódásos alapfeladat

Keresztezett pálcák II.

A rektellipszis csavarmozgása során keletkező felületről

w u R. x 2 x w w u 2 u y y l ; x d y r ; x 2 x d d y r ; l 2 r 2 2 x w 2 x d w 2 u 2 d 2 2 u y ; x w u y l ; l r 2 x w 2 x d R d 2 u y ;

Észrevételek a forgásfelületek síkmetszeteivel kapcsolatban. Bevezetés

Egy újabb látószög - feladat

Függvények Megoldások

Ismét a fahengeres keresztmetszetű gerenda témájáról. 1. ábra forrása: [ 1 ]

A lengőfűrészelésről

Ellipszissel kapcsolatos képletekről

A csavarvonal axonometrikus képéről

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

6. Függvények. 1. Az alábbi függvények közül melyik szigorúan monoton növekvő a 0;1 intervallumban?

Ellipszis perspektivikus képe 2. rész

Egy gyakorlati szélsőérték - feladat. 1. ábra forrása: [ 1 ]

Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek Megoldások

Egy érdekes nyeregtetőről

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

Egy kinematikai feladathoz

Hódmezővásárhelyi Városi Matematikaverseny április 14. A osztályosok feladatainak javítókulcsa

Abszolútértékes és gyökös kifejezések Megoldások

További adalékok a merőleges axonometriához

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

Kocka perspektivikus ábrázolása. Bevezetés

Egyenletek, egyenlőtlenségek V.

A kettősbelű fatörzs keresztmetszeti rajzolatáról

Érdekes geometriai számítások 10.

2016/2017. Matematika 9.Kny

Egy nyíllövéses feladat

a) A logaritmus értelmezése alapján: x 8 0 ( x 2 2 vagy x 2 2) (1 pont) Egy szorzat értéke pontosan akkor 0, ha valamelyik szorzótényező 0.

A Cassini - görbékről

A merőleges axonometria néhány régi - új összefüggéséről

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Abszolútértékes és Gyökös kifejezések

Az eltérő hajlású szarufák és a taréjszelemen kapcsolatáról 1. rész. Eltérő keresztmetszet - magasságú szarufák esete

Kosárra dobás I. Egy érdekes feladattal találkoztunk [ 1 ] - ben, ahol ezt szerkesztéssel oldották meg. Most itt számítással oldjuk meg ugyanezt.

2016/2017. Matematika 9.Kny

Hely és elmozdulás - meghatározás távolságméréssel

Az axonometrikus ábrázolás analitikus geometriai egyenleteinek másfajta levezetése. Bevezetés

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

10. Koordinátageometria

Poncelet egy tételéről

I. A gyökvonás. cd c) 6 d) 2 xx. 2 c) Szakaszvizsgára gyakorló feladatok 10. évfolyam. Kedves 10. osztályos diákok!

A kvadratrixról. Ez azt jelenti, hogy itt a görbe egy mozgástani származtatását vesszük elő 1. ábra. 1. ábra

Egy felszínszámítási feladat a tompaélű fagerendák témaköréből

Kerekes kút 4.: A zuhanó vödör fékezéséről. A feladat. A megoldás

Kiegészítés a merőleges axonometriához

Vektorok és koordinátageometria

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. Komplex számok (2)

A főtengelyproblémához

Koordináta geometria III.

Vontatás III. A feladat

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

Egyenletek, egyenlőtlenségek grafikus megoldása TK. II. kötet 25. old. 3. feladat

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

Az R forgató mátrix [ 1 ] - beli képleteinek levezetése: I. rész

2. Síkmértani szerkesztések

Átírás:

1 A szabályos sokszögek közelítő szerkesztéséhez A síkmértani szerkesztések között van egy kedvencünk: a szabályos n - szög közelítő szerkesztése. Azért vívta ki nálunk ezt az előkelő helyet, mert nagyon egyszerű és haté - kony. Amikor elolvassuk ez utóbbi mondatot, rögtön felvetődik bennünk a kérdés: mitől közelítő ez a szerkesztés. Attól, hogy elvileg nem pontos minden n - re. Az utóbbi kijelentést [ 1 ] - re alapoztuk, ahol egy összehasonlító adatsorral mutatják be a szerkesztés tudását : n = 3, 4, 6 esetén a szerkesztés pontos eredményt ad, más esetekben csak közelítőt. Most erről lesz szó. Először tekintsük az 1. ábrát! 1. ábra forrása: http://eptan.fmk.nyme.hu/eptan/oktadat/entries/2011/2/17_szabadkezi_rajz_files/muszaki_abrazolas_i.pdf

2 Itt egy szabályos 11 - szög szerkesztését mutatják be. Az [ 1 ] munkában egy általánosabb leírást olvashatunk. Vegyünk fel egy kört, amelyet a sokszög köréírható körének tekintünk. A kör egyik át - mérőjét n egyenlő részre osztjuk, és az átmérő fölé egyenlő oldalú háromszöget szerkesz - tünk. A háromszögnek az átmérőn kívüli csúcsát összekötjük az átmérő egyik végpontjá - tól számított második osztásponttal, és ezzel az egyenessel elmetsszük a kört ( 404. ábra ). 2. ábra forrása: [ 1 ] A háromszögön kívül eső metszéspontnak és az átmérő előbb említett végpontjának d n távolsága a szabályos n - szög a n oldalhosszának jó közelítő értéke. Eddig az idézet [ 1 ] - ből. A [ 2 ] munkában egy nagyon hasonló leírást találunk erről. A továbbiakban úgy járunk el [ 1 ] megfogalmazásával, hogy d n - et analitikus geo - metriai úton, a n - et a trigonometria segítségével határozzuk meg, majd e két eredményt összehasonlítjuk. Ezt a számítást [ 1 ] - ben nem részletezik. Az alábbiakban két esetet kell megvizsgálnunk, annak megfelelően, hogy az x M koordináta pozitív vagy negatív. Hogy erre mi szükség van, az a számításokból kiderül. 1. eset: x M > 0 ld. 3. ábra! Itt a d n közelítő oldalhossz számításához szükséges mennyiségeket tüntettük fel. A k kör - nek és az e egyenesnek két metszéspontja van, M 1 és M 2. A 2. és a 3. ábráról leolvashatóan nekünk az M 1 M metszéspontra, illetve koordinátáira lesz szükségünk. Az analitikus geometriai megoldás az alábbiak szerint alakul. Az r sugarú k kör egyenlete: ( 1 )

3 A C ponton átmenő, ϑ hajlású e egyenes egyenlete: ( 2 ) 3. ábra A 3. ábrából: majd: ( 3 ) ( 4 ) Az e egyenes egyenlete ( 2 ), ( 3 ) és ( 4 ) - gyel: ( 5 ) vagy kényelmesebb írásmóddal: ahol: ( 6 ) ( 7 ) Az M pont meghatározásához:

4 ~ ( 1 ) - ből: ~ ( 5 ) - ből: az M pontban y k = y e, így ez igaz négyzetükre is: majd ( 8 ), ( 9 ) és ( 10 ) szerint: ( 8 ) ( 9 ) ( 10 ) ( * ) kifejtve: rendezve: ( 11 ) A ( 11 ) másodfokú egyenletet a megoldó - képlettel megoldva: ( 12 ) a négyzetgyök alatti mennyiséget kifejtve: ( 13 ) Most ( 12 ) és ( 13 ) - mal: ( 14 ) átalakítva: ( 15 )

5 Mivel x M = x M1, ezért m > 0 és véges ( n = 3 ) esetében ( 15 ) - ből: ( 16 ) A d n közelítő oldalhossz számítása a 3. ábra alapján: innen: ( 17 ) Most ( 16 ) és ( 17 ) szerint: ( 18 ) Majd ( 7 ) és ( 18 ) - cal: ( 19 ) ( 20 ) Korlátozó feltétel: az 1 / ( 4 / n 1) alakú tagokban a nevező nagyobb nullánál, azaz n = 3. Grafikont készítünk a d n / r dimenziótlan mennyiségre, melynél n x, ahol 3 x < 4. A szabályos n - szög oldalhosszának pontos kifejezése trigonometriai úton ld. korábbi dolgozatunkat, melynek címe: A szabályos ötszög szerkesztéséhez : ( 21 )

6 A ( 21 ) - ből képzett a n / r függvény grafikonját is megrajzoljuk: n x, ahol x 3. 4. ábra A 4. ábrán megfigyelhetjük, hogy ( 20 ) nem - diszkrét ( magenta ) pontsora milyen jól illeszkedik ( 21 ) folytonos ( kék ) görbéjéhez: kitakarja azt. Persze, tudjuk, hogy n = x diszkrét értéksora jön csak számításba, ahol n 3. 2. eset: x M < 0 ld. 5. ábra! 5. ábra

7 A közelítő oldalhossz négyzetére az 5. ábra szerint, ( 8 ) - cal is: ( 22 ) innen pozitív gyökvonással: ( 23 ) A most vizsgált esetben az egyenes és a kör metszéspontjához az alábbiak szerint jutunk. Az egyenes egyenlete ( 2 ) szerint: ( 2 ) Benne, az 5. ábra szerint: ( 24 ) Most ( 2 ), ( 3 ) és ( 24 ) - gyel: ( 25 ) ismét bevezetve az ( 26 ) egyszerűsítő jelölést, ( 25 ) és ( 26 ) - tal: Az M = M 1 metszéspont meghatározásához, a korábbiakhoz hasonlóan: ( 27 ) ( ** ) kifejtve:

8 rendezve: ( 28 ) A ( 28 ) másodfokú egyenletet a megoldó - képlettel megoldva: ( 29 ) majd ( 13 ) és ( 29 ) - cel: ( 30 ) Ebből, tekintettel arra is, hogy itt m < 0: ( 31 ) Most ( 23 ) és ( 31 ) - gyel: ( 32 ) majd ( 26 ) és ( 32 ) - vel:. ( 33 )

9 Ismát ábrázoljuk a ( 33 ) - ból adódó d n / r kifejezést, folytonosnak tekintett változóval, összehasonlítva ( 21 ) - gyel; ld. 6. ábra! 6. ábra Itt is jól látszik, mennyire fedi a közelítő függvény a pontosat nem csak diszkrét érté - kekkel dolgozva. Végül bekapcsoljuk mindhárom grafikont, ekkor kapjuk a 7. ábrát. 7. ábra

10 Ezen is jól látszik, hogy a két közelítő függvény mennyire jól illeszkedik a pontoshoz. A közelítő szerkesztés tehát tökéletesen alkalmas a gyakorlati feladatok megoldására. Ezt a gyakorlatban sokszor tapasztaltuk; most egy kicsit benéztünk a függöny mögé is. Az elején említettük, hogy [ 1 ] szerint e szerkesztés n = 3, 4, 6 esetén a pontos oldal - hosszt adja. Ezért is ilyen jó a görbék illeszkedése egymáshoz. Most már talán érthető, hogy miért erőltettük a folytonos görbék rajzolását; ugyanis a diszkrét függvények ábrázolásával csak pontbeli illeszkedést vizsgáltunk volna, nem pedig tartománybelit. Utóbbi sokkal jobban segíti a helyes kép kialakítását, valamint az elköve - tett képletbeviteli hibák kijavítását is. Megjegyezzük, hogy eddig nem foglalkoztunk az n = 4 esettel, amikor tgϑ. A görbék csatlakozása az x = 4 szakaszhatáron gyakorlatilag zökkenőmentes, vagyis balról és jobbról megközelítve a határt a függvények ugyanahhoz az értékhez tartanak. Ez az alkalmazott Graph szoftver függvényérték - számító szolgáltatásával jól követhető. Érdemes megfigyelni, hogy a vizsgált függvények csökkenő jellegűek; ez megfelel annak a tapasztalati ténynek, hogy a sokszög oldalai számának növelésével az egyes oldalak hossza csökken. Megemlítjük még azt a tényt is, hogy az 1. ábra szerkesztése nemcsak egy sokszögoldal hosszát, hanem annak helyét is megadja. Tényleg minden okunk megvan rá, hogy nagyon kedveljük. Minthogy tetszőleges oldalszámú szabályos sokszögre nincs elvileg pontos szerkesztés [ 1 ], ezért is kaphat kiemelt figyelmet e közelítő megoldás. ( Vajon ki találta ezt ki, és hogyan? A hogyan - ra ugyanis még nem kaptunk választ. ) Az elvileg pontos és közelítő szerkesztésekről még [ 2 ] - ben is olvashatunk érdekes dolgokat. Az itt vizsgált szerkesztéssel kapcsolatban ezt írja a szerző: Ha ezzel az eljárással szabályos hétszöget szerkesztünk, gyakorlatilag ugyanolyan megbízhatóan járunk el, mint amikor euklideszi szerkesztéssel pl. szabályos ötszöget szerkesztünk. Források: [ 1 ] Pelle Béla: Geometria Tankönyvkiadó, Budapest, 1979., 476 ~ 477. o., 132. o. [ 2 ] Hajós György: Bevezetés a geometriába 6. kiadás, Tankönyvkiadó, Budapest, 1979.,158. o. Sződliget, 2015. 11. 22. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár