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三等分角、五等分角、七等分角与同心圆等分弧定理

2015-05-02 14:03阅读:
三等分角、五等分角、七等分角与同心圆等分弧定理
戴长川 江苏省盐城市泽夫中学教师
一、同心圆等分弧定理:
同心圆中小于等于180°的角所夹的弧长与对应的同心圆半径成正比。即同心圆的半径增大一倍,其对应角所夹的同心圆的弧长也增大一倍,并可用各等分点的单位弧长为单位将该等分点的同心弧等分为相对应的等份。
同心圆等分弧定理是以基本单位弧长为单位等分所需等分点的同心弧为理论基础的等分弧理论。其所需等分点的单位弧的弦长的确定是等分弧的关键,本文以在同心弧中三角形的中位线弧长等于底边弧长的一半和梯形的中位线弧长等于上底弧长加下底弧长和的一半的公式确定中位线弧长的方法,确定所需等分点的单位弧长即可三等分、五等分,七等分任意角。它突破了因为是无理数根不能三等分角尺规作图的证明,它象平行线等分线段一样能简单方便地把任意角等分为所需的等分。以上论点经多次反复修改论证实践总结而成。欢迎中国数学大师指导、论证,为中国人争光。本文著作权归个人所有,欢迎评论。
二、三等分角、五等分角、七等分角作图
1、作法、如图1​
三等分角、五等分角、七等分角与同心圆等分弧定理

(1)作任意角(小于等于180°)∠AOB,在OB边上以任意长为单位取1、2、4等分点,以O为圆心,以4等分点B点作⌒AB交OA于A点,交OB于B点,过1等分点N点作⌒MN交OA于M点,交OB于N点,过2等分点D点作⌒CD交OA于C点,交OB于D点。
(2)作∠AOB的角平分线OP交⌒CD于G点交⌒
AB于P点,作∠AOP的角平分线OE交⌒AB于E点,作∠POB的角平分线OF交⌒AB于F点。
(3)三等分角作图:
连接GE、GF,作GF的中垂线交GF于H点。
连接OH,以O为圆心,OH为半径画弧交GE于J点,交OA于K点,交OB于L点。
连接OJ则⌒KJ=⌒JH=⌒HL
即∠AOJ=∠JOH=∠HOL
三等分角成立
(4)五等分角作图
作GH的中垂线交GH于I点
连接OI
以O为圆心,以OI为半径画弧交GE于V点,交OA于U点,交OB于R点。
则⌒VI=1/2⌒IR=1/2⌒MN
作∠IOR的角平分线OX交⌒IR于X点
连接OX、OV则∠IOX=∠XOR=∠VOI=1/5∠AOB
即OX为五等分线
(5)七等分角作图
作HF的中垂线交HF于S点
连接OS
以O为圆,以OS为半径,画弧交GE于T点,交OA于Q点,交OB于W点,作∠SOW的角平分线OY交⌒SW于Y点。
则∠YOB=1/7∠AOB
即OY为七等分线
2、证明
在∠AOB中2-4等分点内可分为两个全等的四边形ACGE和四边形BDGF,在这两个全等的四边形中。
∵⌒CG=⌒AE=⌒MN(同心圆等分弧定理)
∴⌒UV=⌒KL=⌒QT=⌒CG=⌒AE=⌒MN(梯形中位线弧长等于上底弧长加下底弧长和的一半)
同理⌒GD=⌒BF=⌒IR=⌒HL=⌒SW
所以这两个四边形称为单位弧长区
在△GFE中随角AOB的边长从2等分点增长到4等分点∠AOB的弧长又重新生成了两个单位弧长
即⌒EP=⌒PF=⌒MN(同心圆等分弧定理)
所以△GFE称为新生单位弧长区
(1)三等分角作图证明
在△GFE新生单位弧区中
∵JH为△GFE的中位线(由作图知)
∴⌒JH=1/2⌒EF
又∵⌒EF=⌒EP+⌒PF=2⌒MN(由角平分线知)
∴⌒JH=⌒MN
∴⌒JH=⌒KJ=⌒HL
∴∠AOJ=∠JOH=∠HOL
三角分角成立
(2)五等分角作图证明
在△GHJ新生单位弧区中
VI为△GHJ的中位线(由作图知)
∴⌒VI=1/2⌒JH=1/2⌒MN=1/2⌒UV=1/2⌒IR
∴⌒VI=1/5UR
又⌒IX=⌒XR=1/2⌒IR(角平分线)
∴⌒VI=⌒IX=⌒XR=1/5⌒UR
∴∠XOR=1/5∠AOB
五等分角成立
(3)七等分角作图证明
在梯形HFEJ新生单位弧区中
TS为梯形HFEJ的中位线(由作图知)
∴⌒TS=1/2(⌒JH+⌒EF)=1/2(⌒MN+2MN)
∴⌒TS=3/2⌒MN
又⌒QT=⌒SW=⌒MN
∴⌒QW=⌒QT+⌒TS+⌒SW=7/2⌒MN
又⌒SY=⌒YW=1/2⌒SW(角平分线)
∴⌒YW=1/2⌒MN
∴⌒YW=1/7⌒QW
∴∠YOW=1/7∠AOB
七等分角成立
3、例(1)
三等分、五等分、七等分90角如 图2
三等分角、五等分角、七等分角与同心圆等分弧定理

作法同图1
图中三角分点H点为等边三角形HKO的顶点,确证∠HOB=30°
应用可取90°角的4/5和4/7为单位分别作五等分圆和七等分圆
例(2)三等分180°角如图3
三等分角、五等分角、七等分角与同心圆等分弧定理


作法:同图1中的三等分角作图
图中三等分点为等边形JKO的顶点,H点为等边△HOL的顶点。
例(3)三等分任意角。
如图4
三等分角、五等分角、七等分角与同心圆等分弧定理


过三等分点H点作HZ⊥OB则HZ=1/2KH
以H为圆心以ZH为半径作圆H,圆H正好在OJ与KH连线的交点相切,可验证,JH为三等分⌒KL的两个三等分点。
即⌒HL=⌒JH=⌒KJ
(4)三等分120°角,如图5
三等分角、五等分角、七等分角与同心圆等分弧定理

应用:
作一个角为20°或40°
作法同图1中三等分角作图,也可如图5中:连接EF交OP于M点,作GM的中垂线交EG于J点,交GF于H点。
则⌒HL=⌒JH⌒JK
过三等分点H点作HZ⊥OB,以H为圆心,HZ为半径作圆H,圆H在OJ与KH的连线的交点相切。
∴HZ=1/2KH
可验证:⌒HL=⌒JH=⌒JK
∴∠AOJ=∠JOH=∠HOB=40°
又OP既为∠20角的角平分线又是∠JOH的角平分线
∴∠JOP=∠POH=20°
以上实例充分证明同心圆等分弧定理的科学性,可靠性和实用性。按上述方法图1中作HI的中垂线可进一步作十一等分任意角,作HS的中垂线可进一步作十三等分任意角。

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