问题

圆的半径为 1,求其内接正五边形边长?

回答
好的,我们来详细讲解如何计算半径为 1 的圆的内接正五边形的边长。

理解问题

圆的半径 (r): 我们已知圆的半径是 1。
内接正五边形: 正五边形是指所有边长相等、所有内角也相等的五边形。内接正五边形意味着这个五边形的所有顶点都在圆周上。
边长 (s): 我们要求的是这个正五边形的每一条边的长度。

解决思路:利用几何关系和三角函数

我们可以将圆心、正五边形的两个相邻顶点连接起来。这样会形成一个等腰三角形。由于是正五边形,圆心角(连接圆心和两个相邻顶点的夹角)是相等的。我们可以利用这个等腰三角形的性质和三角函数来求解边长。

详细步骤

1. 分割圆:
一个圆的总角度是 360 度(或 $2pi$ 弧度)。
一个内接正五边形会将圆周平均分成 5 等份。
因此,连接圆心和正五边形任意两个相邻顶点的线段所形成的夹角(我们称之为圆心角)为:
$ ext{圆心角} = frac{360^circ}{5} = 72^circ $

2. 构建等腰三角形:
连接圆心 O 和正五边形的两个相邻顶点 A 和 B。
OA 是圆的半径,长度为 1。
OB 也是圆的半径,长度为 1。
AB 就是我们要找的正五边形的边长,设为 $s$。
三角形 OAB 是一个等腰三角形,因为 OA = OB = 1。
等腰三角形 OAB 的顶角(圆心角)是 $72^circ$。

3. 将等腰三角形“劈开”:
为了利用三角函数,我们通常需要处理直角三角形。
从圆心 O 向底边 AB 作垂线(高)。这条垂线会平分底边 AB 和顶角 AOB。
设垂足为 M。那么,OM 垂直于 AB,并且 AM = MB = $s/2$。
角 AOM = 角 BOM = $72^circ / 2 = 36^circ$。
现在,我们得到了两个全等的直角三角形:三角形 OAM 和三角形 OBM。

4. 在直角三角形 OAM 中应用三角函数:
我们关注直角三角形 OAM。
斜边 OA 的长度是圆的半径,即 1。
角 AOM 是 $36^circ$。
边 AM 是我们要求边长 $s$ 的一半 ($s/2$)。
在直角三角形中,正弦 (sin) 定义为“对边除以斜边”。
对于角 AOM:
$ sin(angle ext{AOM}) = frac{ ext{对边 AM}}{ ext{斜边 OA}} $
代入数值:
$ sin(36^circ) = frac{s/2}{1} $
$ sin(36^circ) = frac{s}{2} $

5. 求解边长 $s$:
从上一步的方程,我们可以解出 $s$:
$ s = 2 imes sin(36^circ) $

6. 计算 $sin(36^circ)$ 的值:
$sin(36^circ)$ 是一个特殊的三角函数值,可以通过一些数学推导得出,但通常我们使用计算器或者已知的数值。
$sin(36^circ) approx 0.587785$
因此,边长 $s$ 为:
$ s approx 2 imes 0.587785 $
$ s approx 1.17557 $

最终答案

半径为 1 的圆的内接正五边形的边长为 $2 sin(36^circ)$。

如果需要一个近似的数值,边长约为 1.17557。

总结一下推导过程:

1. 将圆心与正五边形两相邻顶点连接,形成一个等腰三角形。
2. 计算出该等腰三角形的顶角(圆心角)为 $360^circ/5 = 72^circ$。
3. 从圆心作底边的垂线,将等腰三角形分成两个全等的直角三角形。
4. 在其中一个直角三角形中,斜边是圆的半径(1),顶角的一半是 $72^circ/2 = 36^circ$,对边是正五边形边长的一半 ($s/2$)。
5. 利用正弦函数的定义:$sin(36^circ) = frac{s/2}{1}$。
6. 解出 $s = 2 sin(36^circ)$。

希望这个详细的解释能帮助您理解!

网友意见

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如图,在一直角三角形中满足勾股关系,于是化简

则方程可化为

其中只有 满足题意,故

最后得到正五边形边长为

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