Как найти сумму углов в правильном многоугольнике

Была ли эта статья полезной?

План урока:

Понятие правильного многоугольника

Описанная и вписанная окружности правильного многоугольника

Формулы для правильного многоугольника

Построение правильных многоугольников

Понятие правильного многоугольника

У выпуклого многоугольника могут быть одинаковы одновременно и все стороны, и все углы. В таком случае он именуется правильным многоугольником.

Нам уже известны некоторые правильные многоуг-ки. Например, правильным является равносторонний треугольник. У него все стороны одинаковы по его определению, а все углы составляют по 60°. Поэтому иногда его так и называют – правильный треугольник. Среди четырехугольников правильной фигурой является квадрат, у которого также по определению одинаковы стороны, а углы составляют уже по 90°.

Заметим, что бывают фигуры, у которых одинаковы все стороны, а углы различны. Примером такой фигуры является ромб. Возможна и обратная ситуация – все углы у фигуры одинаковы, но стороны отличаются своей длиной. Таковым является прямоугольник. Важно понимать, такие фигуры (в частности, ромб и прямоугольник) НЕ являются правильными.

Для любого заданного числа n, начиная от n = 3, можно построить правильный n-угольник. На рисунке ниже показано несколько примеров таких n-угольников:

Существует зависимость, которая позволяет определить величину угла правильного многоугольника. Мы уже знаем, что в любом выпуклом n-угольнике сумма углов равна величине 180°(n– 2). Обозначим угол правильного многоуг-ка буквой α. Так как у n-угольника ровно n углов, и все они одинаковы, мы можем записать равенство:

Легко проверить, что эта формула верна для равностороннего треуг-ка и квадрата и позволяет правильно определить углы в этих фигурах. Для треугольника n = 3, поэтому мы получаем 60°:

Задание. Какова величина углов в правильном пятиугольнике, шестиугольнике, восьмиугольнике, пятидесятиугольнике?

Решение. Надо просто подставить в формулу число сторон правильного многоугольник. Сначала считаем для пятиугольника:

Задание. Сколько сторон должно быть у правильного многоуг-ка, чтобы каждый угол в нем был равен 179°?

Решение. В формулу 

Задание. Может ли существовать правильный многоуг-к, угол которого равен 145°?

Решение. Предположим, что он существует. Тогда по аналогии с предыдущей задачей найдем количество его сторон:

Получили не целое, а дробное количество сторон. Естественно, что это невозможно, а потому такой многоуг-к существовать не может.

Ответ: не может.

Описанная и вписанная окружности правильного многоугольника

Докажем важную теорему о правильном многоуг-ке.

Для доказательства обозначим вершины произвольного правильного n-угольника буквами А₁, А₂, А₃…А_n. Далее проведем биссектрисы углов ∠А₁ и ∠А₂. Они пересекутся в некоторой точке О. Соединим О с другими вершинами многоуг-ка отрезками ОА₃, ОА₄ и т. д.

∠А₁ и ∠А₂ одинаковы по определению правильного многоуг-ка:

Из этого факта вытекает два равенства:

Получается, что ОА₃ – это также биссектриса ∠А₃. Тогда, повторив все предыдущие рассуждения, мы можем доказать равенство, аналогичное (1):

Это равенство означает, что точка О равноудалена от вершин многоуг-ка. Значит, можно построить окружность с центром в О, на которой будут лежать все вершины многоуг-ка:

Естественно, существует только одна такая описанная окружность, ведь через любые три точки, в частности, через А₁, А₂ и А₃, можно провести только одну окружность, ч. т. д.

Продолжим рассматривать выполненное нами построение с описанной окружностью. Ясно, что ∆ОА₁А₂, ∆ОА₂А₃, ∆ОА₃А₄, …, равны, ведь у них одинаковы по 3 стороны. Опустим из О высоты ОН₁, ОН₂, ОН₃… на стороны многоуг-ка.

Так как высоты проведены в равных треуг-ках, то и сами они равны:

Теперь проведем окружность, центр которой находится в О, а радиус – это отрезок ОН₁. Он должен будет пройти и через точки Н₂, Н₃, … Н_n. Причем отрезки ОН₁, ОН₂, ОН₃ окажутся радиусами. Так как они перпендикулярны сторонам многоуг-ка, то эти самые стороны будут касательными к окружности (по признаку касательной). Стало быть, эта окружность является вписанной:

Ясно, что такая окружность будет единственной вписанной. Если бы существовала вторая вписанная окружность, то ее центр был бы равноудален от сторон многоуг-ка, а потому лежал бы в точке пересечения биссектрис углов ∠А₁, ∠А₂, ∠А₃, то есть в точке О. Так как расстояние от О до А₁А₂ – это отрезок ОН₁, то именно такой радиус был бы у второй окружности. Получается, что вторая окружность полностью совпала бы с первой, так как их центр находился бы в одной точке, и радиусы были одинаковы.

Примечание. Точка, которая центром и вписанной, и описанной окружности, именуется центром правильного многоуг-ка.

Ещё раз вернемся к приведенному доказательству и заметим, что высоты ОН₁, ОН₂, ОН₃,… проведены в равнобедренных треуг-ках∆ОА₁А₂, ∆ОА₂А₃, ∆ОА₃А₄,… Следовательно, эти высоты являются ещё и медианами, то есть точки Н₁, Н₂, Н₃,… – это середины сторон многоуг-ка.

Задание. Могут ли две биссектрисы, проведенные в правильном многоуг-ке, быть параллельными друг другу?

Решение. Центр правильного многоуг-ка находится в точке пересечения всех его биссектрис. То есть любые две биссектрисы будут иметь хотя бы одну общую точку. Параллельные же прямые общих точек не имеют. Получается, что биссектрисы не могут быть параллельными.

Ответ: не могут.

Примечание. Аналогичное утверждение можно доказать и для серединных перпендикуляров, проведенных к сторонам правильного многоуг-ка.

Формулы для правильного многоугольника

Правильный многоуг-к, как и любая другая плоская фигура, имеет площадь (она обозначается буквой S) и периметр (обозначается как Р). Длина стороны многоуг-ка традиционно обозначается буквой a_n, где n– число сторон у многоуг-ка. Например a₄– это сторона квадрата, a₆– сторона шестиугольника. Наконец, мы выяснили, что для каждого правильного многоуг-ка можно построить описанную и вписанную окружность. Радиус описанной окружности обозначается большой буквой R, а вписанной – маленькой буквой r.

Оказывается, все эти величины взаимосвязаны друг с другом. Ранее мы уже получили формулу

для многоуг-ка, в который вписана окружность. Подходит она и для правильного многоуг-ка.

Для вывода остальных формул правильного многоугольника построим n-угольники соединим две его вершины с центром:

Теперь можно найти и ∠А₁ОН₁, рассмотрев ∆А₁ОН₁:

Теперь у нас есть формула, связывающая друг с другом Rи r. Наконец, прямо из определения периметра следует ещё одна формула:

С их помощью, зная только один из параметров правильного n-угольника, легко найти и все остальные параметры (если известно и число n).

Задание. Докажите, что сторона правильного шестиугольника равна радиусу описанной около него окружности.

Решение. Запишем следующую формулу:

Это равенство как раз и надо было доказать в этом задании.

Задание. Около окружности описан квадрат. В свою очередь и около квадрата описана окружность радиусом 4. Найдите длину стороны квадрата и радиус вписанной окружности.

Решение. Запишем формулу:

Задание. Вычислите площадь правильного многоугольника с шестью углами, длина стороны которого составляет единицу.

Решение.

Найдем периметр шестиугольника:

Задание. Около правильного треугольника описана окружность. В ту же окружность вписан и квадрат. Какова длина стороны этого квадрата, если периметр треугольника составляет 18 см?

Решение. Зная периметр треуг-ка, легко найдем и его сторону:

Далее вычисляется радиус описанной около треугольника окружности:

Задание. Необходимо изготовить болт с шестигранной головкой, причем размер под ключ (так называется расстояние между двумя параллельными гранями головки болта) должен составлять 17 мм. Из прутка какого диаметра может быть изготовлен такой болт, если диаметр прутков измеряется целым числом?

Решение. Здесь надо найти диаметр окружности, описанной около шестиугольника. Ранее мы уже доказывали, что у шестиугольника длина этого радиуса совпадает с длиной его стороны:

Осталось найти сторону шестиугольника. Для этого соединим две его вершины (обозначим их А и С) так, как это показано на рисунке:

Отрезок АС как раз и будет расстоянием между двумя параллельными гранями, что легко доказать. Каждый угол шестиугольника будет составлять 120°:

В частности ∠АВС = 120°. Так как АВ = ВС, то ∆АВС – равнобедренный, и углы при его основании одинаковы:

Аналогично можно показать, что и ∠ACD – прямой. Таким образом, АС перпендикулярен сторонам AF и CD, а значит является расстоянием между ними, и по условию равно 17 мм:

AC = 17 мм

∆АВС – равнобедренный. Опустим в нем высоту НВ, которая одновременно будет и медианой. Тогда АН окажется вдвое короче АС:

AH = AC/2 = 17/2 = 8,5 мм

Теперь сторону АВ можно найти из ∆АВН, являющегося прямоугольным:

Здесь мы округлили ответ до ближайшего большего целого числа, так как по условию можно использовать лишь пруток с целым диаметром.

Ответ: 20 мм.

Построение правильных многоугольников

При использовании транспортира или иного прибора, позволяющего откладывать заранее заданные углы, построение правильного многоуг-ка проблем не вызывает. Например, пусть надо построить пятиугольник со стороной, равной 5 см. Сначала по известной формуле вычисляем величину его угла:

Однако напомним, что в геометрии большой интерес вызывают задачи, связанные с построением с помощью всего двух инструментов – циркуля и линейки, то есть без использования транспортира. В таком случае построение многоугольников правильной формы становится значительно более сложной задачей. Если речь идет не о таких простых фигурах, как квадрат и равносторонний треугольник, то при построении обычно приходится использовать описанную окружность.

Сначала рассмотрим построение правильного шестиугольника по заранее заданной стороне. Ранее мы уже узнали, что его сторона имеет такую же длину, как и радиус описанной окружности:

a₆ = R

На основе этого факта предложен следующий метод построения шестиугольника. Сначала строится описанная окружность, причем в качестве ее радиуса берется заданная сторона а₆. Далее на окружности отмечается произвольная точка А, которая будет первой вершиной шестиугольника. Из нее проводится ещё одна окружность радиусом а₆. Точки, где она пересечет описанную окружность (В и F), будут двумя другими вершинами шестиугольника. Наконец, и из точек B и F проводим ещё две окружности, которые пересекутся с исходной окружностью в точках С и F. Наконец, из С (можно и из F)провести последнюю окружность и получить точку D. Осталось лишь соединить все точки на окружности (А, В, С, D, Еи F):

Данное построение довольно просто. Однако для пятиугольника построение несколько более сложное, а для семиугольника и девятиугольника вообще невозможно осуществить точное построение. Этот факт был доказан только в 1836 г. Пьером Ванцелем.

Если удалось возможно построить правильный n-угольник, вписанный в окружность, то несложно на его основе построить многоуг-к, у которого будет в два раза больше сторон (его можно назвать 2n-угольником) и который будет вписан в ту же окружность. Рассмотрим это построение на примере квадрата и восьмиугольника.

Изначально дан квадрат, вписанный в окружность. Надо построить восьмиугольник, вписанный в ту же окружность. Обозначим любые две вершины квадрата буквами А и В. Для начала нам надо разбить дугу ⋃АВ на две равные дуги. Для этого мы проводим из А и В окружности радиусом АВ. Они пересекутся в некоторых точках С и D. Соединяем их отрезком, который в свою очередь пересечется с исходной окружностью в точке Е.

Е – это середина дуги ⋃АВ. Точки А, В и Е как раз являются тремя первыми точками восьмиугольника. Для получения остальных точек необходимо из вершин квадрата строить окружности радиусом АЕ. Точки, где эти окружности пересекутся с исходной окружностью, и будут вершинами восьмиугольника. Также его вершинами являются вершины самого квадрата:

Аналогичным образом можно из шестиугольника получить 12-угольник, из восьмиугольника – 16-угольник, из 16-угольника – 32-угольник. То есть можно удвоить число сторон многоуг-ка.

Древние греки умели строить правильные многоуг-ки с 3, 4, 5, 6 и 15 сторонами, а также умели на их основе строить многоуг-ки с вдвое большим числом сторон. Лишь в 1796 г. Карл Гаусс смог построить 17-угольник. Также удалось найти способ построения 257-угольника и 65537-угольника, причем описание построения 65537-угольника занимает более 200 страниц.

В этом уроке мы узнали о правильных многоуг-ках и их свойствах. Особенно важно то, что для каждого такого многоуг-ка можно построить описанную и вписанную окружность, причем их центры совпадают. Это позволяет использовать правильные многоуг-ки для более глубокого исследования свойств окружности.

В геометрии многоугольниками называют плоские замкнутые фигуры, состоящие из нескольких прямых отрезков. Суммарная длина всех сторон называется периметром.

Поговорим подробнее о видах многоугольников и их характеристиках.

При изучении темы, что такое многоугольники, применяются следующие термины:

• Вершины многоугольника.
• Стороны замкнутой ломаной.
• Углы, образованные между смежными сторонами.
• Отрезки между несмежными вершинами называются диагоналями.
• Сумма длин всех сторон фигуры является периметром.
• Внутренние углы между соседними сторонами. Число углов равно числу сторон и вершин.

Наименования данных фигур зависят от количества сторон:

• Треугольник – это 3 стороны.
• Четырехугольник имеет 4 стороны.
• Пятиугольник – это 5 сторон и пр.

Все фигуры имеют буквенные обозначения, необходимо правильно проставлять их при вершинах.

Например, обозначение пятиугольника ABCDE будет выглядеть так:

В этом пятиугольнике вершинами являются точки: A, B, C, D и E.

Отрезки: AB, BC, CD, DE и EA являются сторонами пятиугольника.

Виды многоугольников

Различают несколько видов этих фигур: выпуклые, вогнутые, правильные и неправильные.

Какие многоугольники называются выпуклыми и невыпуклыми (вогнутыми)? Чтобы определить, какой многоугольник называется выпуклым, достаточно знать его определение.

Если стороны, при продолжении до прямой линии, не пересекают плоскость, то это выпуклый многоугольник.

Определение невыпуклого многоугольника: если при продолжении сторон прямые линии пересекают плоскость фигуры, то она является вогнутой.

Что такое правильные многоугольники

Выпуклые многоугольники, у которых все стороны и все углы равны, называются правильными.

На рисунке показан правильный многоугольник.

Как найти периметр многоугольника и определить диагонали

Периметром многоугольника называется сумма длин его сторон.

Для четырехугольника ABCD периметр будет равен сумме его сторон: AB + BC + CD + DA.

Диагональю многоугольника является отрезок, который соединяет вершины противоположных углов.

Например, отрезок AD будет являться диагональю фигуры ABCDEF:

Свойство треугольников: если треугольник не имеет углов с общими сторонами, диагональ он иметь не может.

Если из вершин провести несколько диагоналей, то они разделят фигуру на несколько треугольников:

Количество треугольников будет на 2 меньше, чем число сторон:

Если t — количество треугольников, а n — количество сторон, то формула будет выглядеть так: t = n – 2.

Разделение многоугольника диагоналями на несколько треугольников помогает быстро найти площадь.

Чтобы найти площадь многоугольника, нужно разделить его на треугольники, затем найти их площадь и сложить полученные результаты.

Сумма углов выпуклого многоугольника

Научимся находить сумму углов выпуклого четырёхугольника, не только внешних, но и внутренних. Но сначала определим, какие углы называются внутренними углами выпуклого многоугольника.

Внутренним называется угол между смежными сторонами.

Например, ∠ABC является внутренним для ABCDEF.

Внешним называют угол между стороной фигуры и линейным продолжением близлежащего отрезка.

Например, ∠LBC является внешним углом для ABCDEF.

Правило: сумма углов выпуклого многоугольника всегда равно числу его сторон. Это определение относится ко всем углам.

Это значит, чтобы найти количество углов, достаточно посчитать количество всех его сторон. Значит сумма углов четырехугольника будет равна четырем.

Сумма внутренних углов

Правило для нахождения суммы углов гласит: чтобы найти сумму всех внутренних углов выпуклого многоугольника, нужно умножить уменьшенное на 2 количество его сторон на 180°.

Обозначения выглядят следующим образом:

• сумма углов – s;
• число сторон – n;
•  два прямых угла (2 · 90 = 180°) – 2d.

Формула многоугольника для нахождения суммы углов: s = 2d · (n – 2).

Найти сумму углов также можно с помощью деления фигуры на треугольники. Она будет равна сумме углов всех треугольников (180° · n).

Пример:

Если у фигуры 4 треугольника, то сумму всех углов находим по следующей формуле: s = 2d (n — 2) = 180 · 4 = 720°.

Это означает, что сумма внутренних углов – это постоянная величина, которая зависит от количества его сторон.

Сумма внешних углов

Определение: Сумму всех внешних углов многоугольника находим по формуле: s = 4d.

Где:

• s — сумма внешних углов;
• 4d — четыре прямых угла (4 · 90 = 360°).

Сумма смежных (внутреннего и внешнего) углов, лежащих при вершине, равна 180° · (2d).

Например, ∠1 и ∠2:

Если имеется n вершин, то сумма внутренних и внешних и углов будет равна 2dn.

Зная основные формулы и определения для многоугольников, можно легко справиться с любой задачей.

From Wikipedia, the free encyclopedia

Regular polygon

Edges and vertices
Schläfli symbol
Coxeter–Dynkin diagram
Symmetry group	Dn, order 2n
Dual polygon	Self-dual
Area (with side length )
Internal angle
Internal angle sum
Inscribed circle diameter
Circumscribed circle diameter
Properties	Convex, cyclic, equilateral, isogonal, isotoxal

In Euclidean geometry, a regular polygon is a polygon that is direct equiangular (all angles are equal in measure) and equilateral (all sides have the same length). Regular polygons may be either convex, star or skew. In the limit, a sequence of regular polygons with an increasing number of sides approximates a circle, if the perimeter or area is fixed, or a regular apeirogon (effectively a straight line), if the edge length is fixed.

General properties[edit]

These properties apply to all regular polygons, whether convex or star.

A regular n-sided polygon has rotational symmetry of order n.

All vertices of a regular polygon lie on a common circle (the circumscribed circle); i.e., they are concyclic points. That is, a regular polygon is a cyclic polygon.

Together with the property of equal-length sides, this implies that every regular polygon also has an inscribed circle or incircle that is tangent to every side at the midpoint. Thus a regular polygon is a tangential polygon.

A regular n-sided polygon can be constructed with compass and straightedge if and only if the odd prime factors of n are distinct Fermat primes. See constructible polygon.

A regular n-sided polygon can be constructed with origami if and only if for some , where each distinct is a Pierpont prime.^[1]

Symmetry[edit]

The symmetry group of an n-sided regular polygon is dihedral group D_n (of order 2n): D₂, D₃, D₄, … It consists of the rotations in C_n, together with reflection symmetry in n axes that pass through the center. If n is even then half of these axes pass through two opposite vertices, and the other half through the midpoint of opposite sides. If n is odd then all axes pass through a vertex and the midpoint of the opposite side.

Regular convex polygons[edit]

All regular simple polygons (a simple polygon is one that does not intersect itself anywhere) are convex. Those having the same number of sides are also similar.

An n-sided convex regular polygon is denoted by its Schläfli symbol {n}. For n < 3, we have two degenerate cases:

Monogon {1}

Degenerate in ordinary space. (Most authorities do not regard the monogon as a true polygon, partly because of this, and also because the formulae below do not work, and its structure is not that of any abstract polygon.)

Digon {2}; a «double line segment»

Degenerate in ordinary space. (Some authorities do not regard the digon as a true polygon because of this.)

In certain contexts all the polygons considered will be regular. In such circumstances it is customary to drop the prefix regular. For instance, all the faces of uniform polyhedra must be regular and the faces will be described simply as triangle, square, pentagon, etc.

Angles[edit]

For a regular convex n-gon, each interior angle has a measure of:

degrees;

radians; or

full turns,

and each exterior angle (i.e., supplementary to the interior angle) has a measure of degrees, with the sum of the exterior angles equal to 360 degrees or 2π radians or one full turn.

As n approaches infinity, the internal angle approaches 180 degrees. For a regular polygon with 10,000 sides (a myriagon) the internal angle is 179.964°. As the number of sides increase, the internal angle can come very close to 180°, and the shape of the polygon approaches that of a circle. However the polygon can never become a circle. The value of the internal angle can never become exactly equal to 180°, as the circumference would effectively become a straight line (see apeirogon). For this reason, a circle is not a polygon with an infinite number of sides.

Diagonals[edit]

For n > 2, the number of diagonals is ; i.e., 0, 2, 5, 9, …, for a triangle, square, pentagon, hexagon, … . The diagonals divide the polygon into 1, 4, 11, 24, … pieces OEIS: A007678.

For a regular n-gon inscribed in a unit-radius circle, the product of the distances from a given vertex to all other vertices (including adjacent vertices and vertices connected by a diagonal) equals n.

Points in the plane[edit]

For a regular simple n-gon with circumradius R and distances d_i from an arbitrary point in the plane to the vertices, we have^[2]

For higher powers of distances from an arbitrary point in the plane to the vertices of a regular -gon, if

,

then^[3]

,

and

,

where is a positive integer less than .

If is the distance from an arbitrary point in the plane to the centroid of a regular -gon with circumradius , then^[3]

,

where = 1, 2, …, .

Interior points[edit]

For a regular n-gon, the sum of the perpendicular distances from any interior point to the n sides is n times the apothem^{[4]: p. 72} (the apothem being the distance from the center to any side). This is a generalization of Viviani’s theorem for the n = 3 case.^[5][6]

Circumradius[edit]

The circumradius R from the center of a regular polygon to one of the vertices is related to the side length s or to the apothem a by

For constructible polygons, algebraic expressions for these relationships exist; see Bicentric polygon#Regular polygons.

The sum of the perpendiculars from a regular n-gon’s vertices to any line tangent to the circumcircle equals n times the circumradius.^{[4]: p. 73}

The sum of the squared distances from the vertices of a regular n-gon to any point on its circumcircle equals 2nR² where R is the circumradius.^[4]: p.73

The sum of the squared distances from the midpoints of the sides of a regular n-gon to any point on the circumcircle is 2nR² − 1/4ns², where s is the side length and R is the circumradius.^{[4]: p. 73}

If are the distances from the vertices of a regular -gon to any point on its circumcircle, then ^[3]

.

Dissections[edit]

Coxeter states that every zonogon (a 2m-gon whose opposite sides are parallel and of equal length) can be dissected into or 1/2m(m − 1) parallelograms.
These tilings are contained as subsets of vertices, edges and faces in orthogonal projections m-cubes.^[7]
In particular, this is true for any regular polygon with an even number of sides, in which case the parallelograms are all rhombi.
The list OEIS: A006245 gives the number of solutions for smaller polygons.

Example dissections for select even-sided regular polygons

2m	6	8	10	12	14	16	18	20	24	30	40	50
Image
Rhombs	3	6	10	15	21	28	36	45	66	105	190	300

Area[edit]

The area A of a convex regular n-sided polygon having side s, circumradius R, apothem a, and perimeter p is given by^[8][9]

For regular polygons with side s = 1, circumradius R = 1, or apothem a = 1, this produces the following table:^[10] (Note that since as , the area when tends to as grows large.)

Of all n-gons with a given perimeter, the one with the largest area is regular.^[19]

Constructible polygon[edit]

Some regular polygons are easy to construct with compass and straightedge; other regular polygons are not constructible at all.
The ancient Greek mathematicians knew how to construct a regular polygon with 3, 4, or 5 sides,^{[20]: p. xi} and they knew how to construct a regular polygon with double the number of sides of a given regular polygon.^{[20]: pp. 49–50} This led to the question being posed: is it possible to construct all regular n-gons with compass and straightedge? If not, which n-gons are constructible and which are not?

Carl Friedrich Gauss proved the constructibility of the regular 17-gon in 1796. Five years later, he developed the theory of Gaussian periods in his Disquisitiones Arithmeticae. This theory allowed him to formulate a sufficient condition for the constructibility of regular polygons:

A regular n-gon can be constructed with compass and straightedge if n is the product of a power of 2 and any number of distinct Fermat primes (including none).

(A Fermat prime is a prime number of the form ) Gauss stated without proof that this condition was also necessary, but never published his proof. A full proof of necessity was given by Pierre Wantzel in 1837. The result is known as the Gauss–Wantzel theorem.

Equivalently, a regular n-gon is constructible if and only if the cosine of its common angle is a constructible number—that is, can be written in terms of the four basic arithmetic operations and the extraction of square roots.

Regular skew polygons[edit]

A regular skew polygon in 3-space can be seen as nonplanar paths zig-zagging between two parallel planes, defined as the side-edges of a uniform antiprism. All edges and internal angles are equal.

The Platonic solids (the tetrahedron, cube, octahedron, dodecahedron, and icosahedron) have Petrie polygons, seen in red here, with sides 4, 6, 8, 10, and 10 respectively.

More generally regular skew polygons can be defined in n-space. Examples include the Petrie polygons, polygonal paths of edges that divide a regular polytope into two halves, and seen as a regular polygon in orthogonal projection.

In the infinite limit regular skew polygons become skew apeirogons.

Regular star polygons[edit]

Regular star polygons

2 < 2q < p, gcd(p, q) = 1
{5/2} {7/2} {7/3}
Schläfli symbol	{p/q}
Vertices and Edges	p
Density	q
Coxeter diagram
Symmetry group	Dihedral (Dp)
Dual polygon	Self-dual
Internal angle (degrees)	[21]

A non-convex regular polygon is a regular star polygon. The most common example is the pentagram, which has the same vertices as a pentagon, but connects alternating vertices.

For an n-sided star polygon, the Schläfli symbol is modified to indicate the density or «starriness» m of the polygon, as {n/m}. If m is 2, for example, then every second point is joined. If m is 3, then every third point is joined. The boundary of the polygon winds around the center m times.

The (non-degenerate) regular stars of up to 12 sides are:

• Pentagram – {5/2}
• Heptagram – {7/2} and {7/3}
• Octagram – {8/3}
• Enneagram – {9/2} and {9/4}
• Decagram – {10/3}
• Hendecagram – {11/2}, {11/3}, {11/4} and {11/5}
• Dodecagram – {12/5}

m and n must be coprime, or the figure will degenerate.

The degenerate regular stars of up to 12 sides are:

• Tetragon – {4/2}
• Hexagons – {6/2}, {6/3}
• Octagons – {8/2}, {8/4}
• Enneagon – {9/3}
• Decagons – {10/2}, {10/4}, and {10/5}
• Dodecagons – {12/2}, {12/3}, {12/4}, and {12/6}

Two interpretations of {6/2}

Grünbaum {6/2} or 2{3}[22]	Coxeter 2{3} or {6}[2{3}]{6}
Doubly-wound hexagon	Hexagram as a compound of two triangles

Depending on the precise derivation of the Schläfli symbol, opinions differ as to the nature of the degenerate figure. For example, {6/2} may be treated in either of two ways:

• For much of the 20th century (see for example Coxeter (1948)), we have commonly taken the /2 to indicate joining each vertex of a convex {6} to its near neighbors two steps away, to obtain the regular compound of two triangles, or hexagram. Coxeter clarifies this regular compound with a notation {kp}[k{p}]{kp} for the compound {p/k}, so the hexagram is represented as {6}[2{3}]{6}.^[23] More compactly Coxeter also writes 2{n/2}, like 2{3} for a hexagram as compound as alternations of regular even-sided polygons, with italics on the leading factor to differentiate it from the coinciding interpretation.^[24]
• Many modern geometers, such as Grünbaum (2003),^[22] regard this as incorrect. They take the /2 to indicate moving two places around the {6} at each step, obtaining a «double-wound» triangle that has two vertices superimposed at each corner point and two edges along each line segment. Not only does this fit in better with modern theories of abstract polytopes, but it also more closely copies the way in which Poinsot (1809) created his star polygons – by taking a single length of wire and bending it at successive points through the same angle until the figure closed.

Duality of regular polygons[edit]

All regular polygons are self-dual to congruency, and for odd n they are self-dual to identity.

In addition, the regular star figures (compounds), being composed of regular polygons, are also self-dual.

Regular polygons as faces of polyhedra[edit]

A uniform polyhedron has regular polygons as faces, such that for every two vertices there is an isometry mapping one into the other (just as there is for a regular polygon).

A quasiregular polyhedron is a uniform polyhedron which has just two kinds of face alternating around each vertex.

A regular polyhedron is a uniform polyhedron which has just one kind of face.

The remaining (non-uniform) convex polyhedra with regular faces are known as the Johnson solids.

A polyhedron having regular triangles as faces is called a deltahedron.

See also[edit]

• Euclidean tilings by convex regular polygons
• Platonic solid
• List of regular polytopes and compounds
• Equilateral polygon
• Carlyle circle

Notes[edit]

References[edit]

• Lee, Hwa Young; «Origami-Constructible Numbers».
• Coxeter, H.S.M. (1948). «Regular Polytopes». Methuen and Co.
• Grünbaum, B.; Are your polyhedra the same as my polyhedra?, Discrete and comput. geom: the Goodman-Pollack festschrift, Ed. Aronov et al., Springer (2003), pp. 461–488.
• Poinsot, L.; Memoire sur les polygones et polyèdres. J. de l’École Polytechnique 9 (1810), pp. 16–48.

External links[edit]

• Weisstein, Eric W. «Regular polygon». MathWorld.
• Regular Polygon description With interactive animation
• Incircle of a Regular Polygon With interactive animation
• Area of a Regular Polygon Three different formulae, with interactive animation
• Renaissance artists’ constructions of regular polygons at Convergence

v t e Fundamental convex regular and uniform polytopes in dimensions 2–10
Family	An	Bn	I2(p) / Dn	E6 / E7 / E8 / F4 / G2	Hn
Regular polygon	Triangle	Square	p-gon	Hexagon	Pentagon
Uniform polyhedron	Tetrahedron	Octahedron • Cube	Demicube		Dodecahedron • Icosahedron
Uniform polychoron	Pentachoron	16-cell • Tesseract	Demitesseract	24-cell	120-cell • 600-cell
Uniform 5-polytope	5-simplex	5-orthoplex • 5-cube	5-demicube
Uniform 6-polytope	6-simplex	6-orthoplex • 6-cube	6-demicube	122 • 221
Uniform 7-polytope	7-simplex	7-orthoplex • 7-cube	7-demicube	132 • 231 • 321
Uniform 8-polytope	8-simplex	8-orthoplex • 8-cube	8-demicube	142 • 241 • 421
Uniform 9-polytope	9-simplex	9-orthoplex • 9-cube	9-demicube
Uniform 10-polytope	10-simplex	10-orthoplex • 10-cube	10-demicube
Uniform n-polytope	n-simplex	n-orthoplex • n-cube	n-demicube	1k2 • 2k1 • k21	n-pentagonal polytope
Topics: Polytope families • Regular polytope • List of regular polytopes and compounds