В евклідовій геометрії дельтоїд — плоский чотирикутник, у якому дві пари суміжних сторін мають рівні довжини.
Дельтоїд | |
---|---|
Опуклий та неопуклий дельтоїди | |
Вид | Чотирикутник |
Ребра і вершини | 4 |
Група симетрії[en] | D1[en] (*), порядок 2. (Симетрія відбиття) |
Дуальний багатокутник[en] | Рівнобічна трапеція |
Властивості | Тангенціальний (Описується навколо кола), ортодіагональний. |
Дельтоїд є чотирикутником з симетрією відбиття відносно однієї з його діагоналей. Оскільки дельтоїд має щонайменше одну вісь симетрії, що проходить через його діагональ, то він має щонайменше два рівних протилежних кути і дві пари рівних суміжних сторін.
Дельтоїд може бути опуклим, а також неопуклим чотирикутником. Неопуклий дельтоїд також має назву дарт (дротик).
Дельтоїди двох типів (опуклий і неопуклий) формують одну з плиток мозаїки Пенроуза.
Також дельтоїди є гранями кількох гранетранзитивних багатогранників, зокрема: дельтоїдального ікосотетраедра (його грані дельтоїди з трома рівними внутрішніми кутами), дельтоїдального гексеконтаедра та трапецоедрів.
Окремі випадки Редагувати
Окремими випадками дельтоїдів є:
- прямокутний дельтоїд — опуклий дельтоїд, у якого два протилежні рівні кути прямі;
- ромб — опуклий дельтоїд, у якого всі сторони рівні, протилежні кути рівні, протилежні сторони паралельні; ромб також є окремим випадком паралелограма;
- квадрат — опуклий дельтоїд, у якого всі сторони рівні, всі кути рівні і прямі; квадрат є окремим випадком ромба.
- Серед усіх чотирикутників, чотирикутник, що має максимальне відношення периметра до діаметра (максимальна відстань між двома точками даної фігури), — це рівнодіагональний дельтоїд з кутами 60°, 75°, 150°, 75°. Його чотири вершини лежать у трьох кутах і середині однієї із сторін трикутника Рело.
Коли рівнодіагональний дельтоїд має довжину сторін, меншу або рівну його діагоналям (наприклад, як цей дельтоїд або квадрат), то він є одним із чотирикутників із найбільшим співвідношенням площі до діаметра.
Властивості Редагувати
- Дельтоїд, який не є ромбом, має одну вісь симетрії.
- Кути між сторонами різної довжини рівні.
- Прямі, що містять діагоналі дельтоїда перпендикулярні, тобто дельтоїди є ортодіагональними чотирикутниками.
- Точка перетину діагоналей дельтоїда ділить одну з них навпіл. Друга діагональ (та, що є віссю симетрії) є бісектрисою протилежних кутів. У ромба обидві діагоналі точкою перетину діляться навпіл і є бісектрисами протилежних кутів.
- Одна діагональ ділить дельтоїд на два рівні трикутники. Друга діагональ ділить дельтоїд на два рівнобедрених трикутники, якщо він опуклий, і добудовує його рівнобедреним трикутником до рівнобедреного трикутника, якщо він неопуклий.
- Паралелограм Вариньона дельтоїда, вершини якого збігаються із серединами сторін дельтоїда (EFGH на мал.), є прямокутником, сторони якого паралельні діагоналям дельтоїда. Зокрема, якщо цей прямокутник є квадратом, то діагоналі дельтоїда рівні, а відрізки, що з'єднують середини протилежних сторін перпендикулярні між собою.
- Точка перетину бімедіан дельтоїда (відрізки, що сполучають середини протилежних сторін) лежить на його діагоналі.
- Чотирикутник, вершинами якого є точки дотику вписаного кола зі сторонами дельтоїда (MNQR на мал.), є рівнобедреною трапецією.
- Хорди вписаного кола, що сполучають його точки дотику зі сторонами дельтоїда, перетинаються в точці перетину діагоналей дельтоїда. Також вони мають однакову довжину.
- У будь-який опуклий дельтоїд можна вписати коло; крім цього, якщо дельтоїд не є ромбом, то існує коло, яке дотикається до продовжень всіх чотирьох сторін. Тобто будь-який опуклий дельтоїд (окрім ромба) є одночасно описаним та зовні-описаним чотирикутником. Центри вписаного та зовні-вписаного кіл лежать на прямій, що містить діагональ дельтоїда.
Для неопуклого дельтоїда можна побудувати коло, що дотикається до двох більших сторін і продовжень двох менших сторін і коло, що дотикається до двох менших сторін і продовжень двох більших сторін.
- Прямокутний дельтоїд (у якого два протилежні кути — прямі) є біцентричним чотирикутником, тобто є одночасно вписаним та описаним чотирикутником; а також і зовні-описаним чотирикутником. Центри вписаного, описаного та зовні-вписаного кіл лежать на діагоналі дельтоїда.
Формули Редагувати
Для дельтоїда справедливі наступні формули:
Формули для дельтоїда | |
---|---|
Довжини сторін | |
Периметр | |
Площа | |
де r — радіус вписаного кола. | |
Довжини діагоналей | (за теоремою косинусів) |
, де | |
Радіус вписаного кола | |
Радіус зовні-вписаного кола | |
Внутрішні кути (див. теорему косинусів) | |
Двоїстість Редагувати
Дельтоїди та рівнобедрені трапеції є двоїстими один до одного чотирикутниками, що означає, що між ними існує відповідність, яка змінює елементи їх частин на протилежні, перетворюючи вершини на сторони, а сторони — на вершини.
У будь-якого дельтоїда вписане в нього коло дотикається до чотирьох його сторін у точках, що є вершинами рівнобедреної трапеції.
Для будь-якої рівнобедреної трапеції дотичні лінії до описаного кола в чотирьох вершинах утворюють чотири сторони дельтоїда. Цю відповідність також можна розглядати як приклад полярного перетворення, загального методу для відповідності точок лініям і навпаки, якщо задано фіксоване коло. Чотири вершини дельтоїда в цьому сенсі взаємні чотирьом сторонам рівнобедреної трапеції.
Характеристики дельтоїдів і рівнобедрених трапецій, які відповідають одна одній за цієї двоїстості, порівнюються в таблиці нижче.
Рівнобічна трапеція | Дельтоїд |
---|---|
Дві пари рівних сусідніх кутів | Дві пари рівних сусідніх сторін |
Дві рівні протилежні сторони | Два рівних протилежних кута |
Дві протилежні сторони мають спільний перпендикуляр, що проходить через їх середини | Два протилежні кути мають спільну бісектрису |
Вісь симетрії проходить через протилежні сторони | Вісь симетрії проходить через протилежні кути |
Має описане коло | Має вписане коло |
Паркети з дельтоїдами Редагувати
Опуклий дельтоїд з кутами 72°, 72°, 72°, 144° та неопуклий дельтоїд з кутами 36°, 72°, 36°, 216° формують одну з плиток мозаїки Пенроуза, аперіодичної плоскої мозаїки, відкритої фізиком-математиком Роджером Пенроузом.
Коли дельтоїд має кути, які при його вершинах на одній стороні сумарно дорівнюють для деякого натурального числа 𝑛 , тоді масштабованими копіями цього дельтоїда можна замостити площину фрактальною розеткою, у якій центральна точка послідовно оточується все більшими кільцями з 𝑛 дельтоїдів. Ці розетки можна використовувати для вивчення явища непружного колапсу, коли система рухомих частинок, що стикаються при непружних зіткненнях, об’єднується в одній точці.
Дельтоїд з кутами 60°, 90°, 120°, 90° також може утворити паркет, яким можна замостити площину; при відзеркаленні дельтоїда відносно його ребер утворюється дельтоїдальна тригексагональна плитка, що замощує площину правильними шестикутниками та рівносторонніми трикутниками.
Примітки Редагувати
- Charter, Kevin; Rogers, Thomas (1993). The dynamics of quadrilateral folding. Experimental Mathematics 2 (3): 209–222. MR 1273409. doi:10.1080/10586458.1993.10504278.
- Grünbaum, B. (1960). On polyhedra in having all faces congruent. Bulletin of the Research Council of Israel 8F: 215–218 (1960). MR 125489.
- Ball, D. G. (1973). A generalisation of . The Mathematical Gazette 57 (402): 298–303. JSTOR 3616052. doi:10.2307/3616052.
- Griffiths, David; Culpin, David (1975). Pi-optimal polygons. The Mathematical Gazette 59 (409): 165–175. JSTOR 3617699. doi:10.2307/3617699.
- Audet, Charles; Hansen, Pierre; Svrtan, Dragutin (2021). Using symbolic calculations to determine largest small polygons. Journal of Global Optimization 81 (1): 261–268. MR 4299185. doi:10.1007/s10898-020-00908-w.
- Beamer, James E. (May 1975). The tale of a kite. The Arithmetic Teacher 22 (5): 382–386. JSTOR 41188788. doi:10.5951/at.22.5.0382.
- ↑ Alsina, Claudi; Nelsen, Roger B. (2020). Section 3.4: Kites. A Cornucopia of Quadrilaterals. The Dolciani Mathematical Expositions 55. Providence, Rhode Island: MAA Press and American Mathematical Society. с. 73–78. ISBN 978-1-4704-5312-1. MR 4286138.; see also antiparallelograms, p. 212
- Robertson, S. A. (1977). Classifying triangles and quadrilaterals. The Mathematical Gazette 61 (415): 38–49. JSTOR 3617441. doi:10.2307/3617441.
- De Villiers, Michael (2009). Some Adventures in Euclidean Geometry. Dynamic Mathematics Learning. с. 16, 55. ISBN 978-0-557-10295-2.
- Gardner, Martin (January 1977). Extraordinary nonperiodic tiling that enriches the theory of tiles. Mathematical Games. Scientific American 236 (1): 110–121. Bibcode:1977SciAm.236a.110G. JSTOR 24953856. doi:10.1038/scientificamerican0177-110.
- Fathauer, Robert (2018). Art and recreational math based on kite-tiling rosettes. У Torrence, Eve; Torrence, Bruce; Séquin, Carlo та ін. Proceedings of Bridges 2018: Mathematics, Art, Music, Architecture, Education, Culture. Phoenix, Arizona: Tessellations Publishing. с. 15–22. ISBN 978-1-938664-27-4.
- Chazelle, Bernard; Karntikoon, Kritkorn; Zheng, Yufei (2022). A geometric approach to inelastic collapse. Journal of Computational Geometry 13 (1): 197–203. MR 4414332. doi:10.20382/jocg.v13i1a7.
- Smith, David; Myers, Joseph Samuel; Kaplan, Craig S.; Goodman-Strauss, Chaim (19 березня 2023). An aperiodic monotile. arXiv:2303.10798 [cs, math]. Процитовано 27 березня 2023.
Література Редагувати
- Josefsson, Martin (2011). When is a tangential quadrilateral a kite?. Forum Geometricorum 11: 165–174.
- Josefsson, Martin (2012). Maximal area of a bicentric quadrilateral. Forum Geometricorum 12: 237–241. MR 2990945.
- Jepsen, Charles H.; Sedberry, Trevor; Hoyer, Rolf (2009). Equidissections of kite-shaped quadrilaterals. Involve: A Journal of Mathematics 2 (1): 89–93. MR 2501347. doi:10.2140/involve.2009.2.89.
- Suay, Juan Miguel; Teira, David (2014). Kites: the rise and fall of a scientific object. Nuncius (journal) 29 (2): 439–463. doi:10.1163/18253911-02902004.
Посилання Редагувати
- Дельтоїд // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.
- Weisstein, Eric W. Kite(англ.) на сайті Wolfram MathWorld.
- Kite(англ.) на сайті Polytope Wiki.
- Kite (англ.)
- Area of a Kite (англ.) Формули площі та інтерактивна анімація.