Sari la conținut
La Liceu
Geometrie plană

Poligoane regulate înscrise în cerc: latura și apotema (l3, l4, l6); ariile

Lecția 22 din 23≈ 3 min de citit

Un poligon regulat este un poligon cu toate laturile congruente și toate unghiurile congruente. Orice poligon regulat poate fi înscris într-un cerc: toate vârfurile lui se află pe cerc, iar centrul cercului coincide cu centrul poligonului. Raza RR a acestui cerc (numit cerc circumscris) unește centrul cu un vârf.

Apotema poligonului, notată aa, este distanța de la centru la o latură, adică raza cercului înscris în poligon. Apotema este întotdeauna perpendiculară pe latură și cade în mijlocul ei. Astfel, centrul OO, mijlocul MM al unei laturi și un vârf AA formează un triunghi dreptunghic în MM, în care OA=ROA = R (ipotenuza), OM=aOM = a (apotema) și AM=l2AM = \frac{l}{2} (jumătate din latură). De aici, prin teorema lui Pitagora, obținem mereu relația R2=a2+(l2)2R^2 = a^2 + \left(\frac{l}{2}\right)^2.

În programa de clasa a VIII-a se studiază trei poligoane regulate remarcabile înscrise în cercul de rază RR:

1. Triunghiul echilateral (n = 3). Latura este l3=R3l_3 = R\sqrt{3}, iar apotema a3=R2a_3 = \dfrac{R}{2}. Apotema este exact jumătate din rază, deoarece OO este centrul de greutate și împarte înălțimea în raport 2:12:1. Aria triunghiului echilateral înscris este A3=33 R24\mathcal{A}_3 = \dfrac{3\sqrt{3}\,R^2}{4}. Aceeași arie se poate scrie și în funcție de latură: A3=l3 234\mathcal{A}_3 = \dfrac{l_3^{\,2}\sqrt{3}}{4}.

2. Pătratul (n = 4). Latura este l4=R2l_4 = R\sqrt{2} (diagonala pătratului este chiar diametrul 2R2R), iar apotema a4=R22a_4 = \dfrac{R\sqrt{2}}{2}. Observă că apotema pătratului este jumătate din latură: a4=l42a_4 = \dfrac{l_4}{2}. Aria pătratului înscris este A4=l4 2=2R2\mathcal{A}_4 = l_4^{\,2} = 2R^2.

3. Hexagonul regulat (n = 6). Latura este l6=Rl_6 = R — un rezultat de reținut: latura hexagonului regulat este egală cu raza cercului. Apotema este a6=R32a_6 = \dfrac{R\sqrt{3}}{2}. Aria hexagonului regulat înscris este A6=33 R22\mathcal{A}_6 = \dfrac{3\sqrt{3}\,R^2}{2}, care se poate scrie și A6=3 l6 232\mathcal{A}_6 = \dfrac{3\,l_6^{\,2}\sqrt{3}}{2} (hexagonul se descompune în 6 triunghiuri echilaterale de latură RR).

Formula generală a ariei. Pentru orice poligon regulat cu perimetrul PP și apotema aa, aria este A=P⋅a2.\mathcal{A} = \frac{P \cdot a}{2}. Ea se obține unind centrul cu toate vârfurile: poligonul se descompune în nn triunghiuri congruente, fiecare cu baza ll și înălțimea aa, deci arie l⋅a2\frac{l\cdot a}{2}; înmulțind cu nn și folosind P=n⋅lP = n\cdot l, rezultă formula. Această relație funcționează pentru toate cele trei poligoane și îți dă un mijloc sigur de verificare: de exemplu, la hexagon P=6RP = 6R și a6=R32a_6 = \frac{R\sqrt{3}}{2}, deci A6=6R⋅R322=33 R22\mathcal{A}_6 = \frac{6R \cdot \frac{R\sqrt{3}}{2}}{2} = \frac{3\sqrt{3}\,R^2}{2}, exact ca mai sus.

În probleme apar deseori combinații: se dă raza și se cere latura sau aria, se compară ariile a două poligoane înscrise în același cerc, sau se cere diferența dintre aria discului și aria poligonului. Cheia este să identifici corect poligonul (după numărul de laturi), să folosești formula potrivită pentru ll și aa și, dacă e nevoie, triunghiul dreptunghic OMAOMA cu Pitagora.

Formule

Exemple rezolvate

Greșeli frecvente

Ai terminat lecția