七边形
在幾何學中,七邊形是指有七條邊和七個頂點的多邊形[1],其內角和為900度[2]。七邊形有很多種,其中對稱性最高的是正七邊形。其他的七邊形依照其類角的性質可以分成凸七邊形和非凸七邊形,其中凸七邊形代表所有內角角度皆小於180度。非凸七邊形可以在近一步分成凹七邊形和星形七邊形,其中星形七邊形表示邊自我相交的七邊形。
正七邊形 | |
---|---|
一個正七邊形 | |
類型 | 正多邊形 |
邊 | 7 |
頂點 | 7 |
對角線 | 14 |
施萊夫利符號 | {7} |
考克斯特圖 | |
對稱群 | 二面體群 (D7), order 2×7 |
面積 | |
內角(度) | o 128.57142857143° |
內角和 | 900° |
對偶 | 正七邊形 (本身) |
特性 | 凸、圓內接多邊形、等邊多邊形、等角多邊形、isotoxal figure |
正七邊形
正七邊形是指所有邊等長、所有角等角的七邊形,由七條相同長度的邊和七個相同大小的角構成,是一種正多邊形,因此在施萊夫利符號中可以用 表示。正七邊形的內角是弧度,為128.571428度,其中角度的小數為循環小數,值為。
面積
正七邊形的面積(A)可以利用其邊長(a)來計算:
- 。
將正七邊形的頂點與幾何中心相連可以將正七邊形分成七個扇三角形,這些三角形可再藉由邊心線將之一分為二。正七邊形的邊心距是正切值的一半,而這十四個小三角形的面積就會是四分之一倍的邊心距。
其確切的代數式是三次方程,其中的一個根為[3],在複數中表示為:
構造
正七邊形的邊數7是一個皮爾龐特質數但不是費馬質數,因此不能用沒有刻度的直尺和圓規來作圖,但可以用一把有刻度的尺來作圖。這種作圖法稱為纽西斯作图法。单用无刻度直尺和圆规不可能作出正七边形是因为,通过观察发现,是不可约三次多项式一个零点。因此这个多项式是:的最小多项式。
然而尺規作圖仍可以作出近似的正七邊形[4]。
從內角完成正七邊形的二刻尺作圖。 |
外接圓半徑為的正七邊形二刻尺作圖動畫。此法根據安德魯·馬太·格里森[3]基於三等分角。 |
仅仅使用直尺和圆规,可以近似作出正七边形,误差大约为。设A为圆周上一点,作圆弧。那么大约就是圆内接正七边形的边长。 |
另外一種正七邊形的近似作圖 AMB = 51.42855809...° ; 360° ÷ 7 = 51.42857142...° |
命名
七边形的英文名稱是heptagon,而有时也叫做septagon,"sept-"(septua-的母音音节省略,是一个从拉丁语引进的数学前缀)来表示「七、七的」,而不是hepta-(一个从希腊语引进的数学前缀,应用于大多数英语中数学、化学等学术类术语命名的前缀)。
使用
於2006年,英国正流通两种正七边形硬币,即大不列颠五十便士(50p)和大不列颠二十便士(20p)。二十欧分硬币侧表面上的凹形也使它与正七边形极为相似。严格地说,这些硬币的形状是一个曲线的七边形,它们被称作定长曲线:这些外表面呈曲线的边能够便于硬币在自动贩卖机里面更加流畅光滑地滚动。
在雙曲面上,正七邊形可構成正七邊形鑲嵌。下圖是正七邊形鑲嵌的龐加萊投影
扭歪七邊形
扭歪七邊形,又稱不共面七邊形,是指頂點並非完全共面的七邊形。除了三維空間的扭歪七邊形之外,扭歪七邊形亦可以在一些高維度的多胞體中找到,通常會以皮特里多邊形的方式存在。例如六維正七胞體的皮特里多邊形就是一個扭歪七邊形,其具有A10 [3,3,3,3,3] 的考克斯特群的對稱性[8][9]。
參見
參考文獻
- 埃里克·韦斯坦因. . MathWorld.
- . coolmath.com. [2016-08-28]. (原始内容存档于2016-08-28).
- Gleason, Andrew Mattei. (PDF). The American Mathematical Monthly. March 1988, 95 (3): 185–194 [2017-06-04]. doi:10.2307/2323624. (原始内容 (PDF)存档于2015-12-19).
- . toon.macharis.be. [2018-01-29]. (原始内容存档于2012-12-06).
- G.H. Hughes, "The Polygons of Albrecht Dürer-1525, The Regular Heptagon", Fig. 11 the side of the Heptagon (7) Fig. 15, image on the left side, retrieved on 4th December 2015
- Abdilkadir Altintas, "Some Collinearities in the Heptagonal Triangle 页面存档备份,存于", Forum Geometricorum 16, 2016, 249–256.
- Duncan J. Melville (2003). Third Millennium Chronology 页面存档备份,存于, Third Millennium Mathematics. St. Lawrence University.
- Davis, Michael W., (PDF), 2007 [2016-08-28], ISBN 978-0-691-13138-2, Zbl 1142.20020, (原始内容 (PDF)存档于2011-10-09)
- Richard Klitzing, 6D uniform polytopes (polypeta), x3o3o3o3o - hix