学生作品:如何画出正一百边形

前言:

开学初,老师在讲基本图形时,我们的锐同学问了这样一个问题——老师,你能画出正一百边形吗?老师起初不以为意,试探性地引导锐同学自行探索,不成想,我们的锐同学硬是锲而不舍地追问了3天,与老师一起探索出了问题的答案,并在一个周末,高质量地创作出了本论文。


学期初,我们在学习几何图形时,老师提到了正多边形,我的大脑中突然冒出来一个问题:正一百边形是什么样子?是不是与圆非常接近呢?想到这个问题后,激动又好奇的我多次追问老师如何画出正一百边形。不料,每次老师都回复相同的话:“为什么要直接问老师最终的答案呢?你完全可以自己去探索的。”

好吧,那我就自己先想想吧。emmmmm,对于一个几何图形来说,我们一般会从两个方面去研究。说到正一百边形,我现在能知道的是:

(1)有100条边,而且每条边都相等;

(2)有100个角,每一个角都相等。

其中,最重要的应该是角度,因为对正一百边形来说,边长可以取任意值,但角度是确定的。所以,只要知道了正一百边形的角度,再确定边长的长度,就可以借助量角器和直尺画出正一百边形了。

想到这里,原先的问题就转化成了如何确定正一百边形的内角度数。但如何确定角度呢?我思考了很久,一直没有头绪,那就再去问老师吧。

老师依然没有直接告诉我答案,而是问了我一连串问题:

(1)三角形的内角和是多少度?

(2)四边形的内角和是多少度?

(3)五边形呢?你能发现什么规律吗?

三角形的内角和是180°,四边形的内角和是360°,这些都是小学学过的知识。五边形的内角和度数我并不知道,一开始我猜是720°,因为从三角形的180°到四边形的360°,扩大了一倍。但当我画出一个五边形,并用量角器实际测量后却发现,结果不是720°,而是540°!原来变化规律不是翻倍,而是增加180°。如果这样的话,那六边形的内角和就应该是720°了,经过实际测量,结果确实是这样。看来,从三角形开始,每增加1条边,内角和就增加180°,那么对于任意的n边形,它的内角和就应该是:

180°×(n-3+1)=180°×(n-2)

那么,正一百边形的内角和就应该是180°×(100-2)=180°×98=17640°,每一个内角就应该是17640°÷100=176.4°。

欧耶!我终于知道如何画出一个正一百边形了!这时,老师又问了我一个问题:你发现的多边形内角和规律一定是正确的吗?你尝试证明这个规律了吗?

天呐,还要证明这个结论!那该怎么证明呢?又是一番思考,如下图所示,我画了几个最简单的多边形。三角形的内角和是180°,四边形的内角和是360°,正好可以利用对角线将其分成两个三角形。顺着这个思路,我将五边形分成了3个三角形,那就是180×3=540°。同样的,六边形可以分割成4个三角形。依次类推,那n边形就可以分成n-2个三角形了。

利用对角线分割多边形

为什么会这样呢?首先,分割n边形的对角线,是从n边形的一个顶点引出的。n边形共有n个顶点,但顶点本身不能画一条对角线,与顶点相邻的两个顶点也不能画对角线,这样一来,只能引出n-3条对角线。而n-3条对角线,可以把n边形分割成n-3+1,也就是n-2个三角形。这个道理非常简单,就像小学做过的锯木头的应用题一样。

后来,我还与老师讨论了另一种分割方法,如下图所示:以六边形为例,我们在图形内任取一点,依次连接各个顶点,很明显,将六边形分割成了6个三角形。6个三角形的内角和是180°×6=1080°。可是,千万别忘了,这6个三角形的内角和并不是六边形的内角和,因为还多加了中间的一个周角,也就是多加了360°。所以,六边形的内角和应该是1080°-360°=720°。

从多边形内任取一点分割

对n边形来说,在图形内任取一点,依次连接各顶点,可以将n边形分割成n的小三角形,再减去中间的周角,就可以得到n边形的内角和是:

180°×n-360°=180°×n-180°×2=180°×(n-2)

与第一种方法得到的结果完全一样!现在,可以理直气壮地应用多边形内角和公式了吧。

可是,新的问题又来了,我想画的正一百边形的内角是176.4°,我看了一眼手中的量角器,根本没有办法精确画出这个角度,而且,这个度数已经非常接近于平角了。怎么办呢?那就退而求其次,画一个边数少一点的正多边形吧。最后我选择了n=20,也就是正二十边形,通过公式计算得到内角是162°。

最后,给大家看看我的成果吧,说实话,还真的挺难画的,稍不注意就画偏了,哈哈。


老师的话:

锐同学,当我收到你的论文初稿时,着实大吃一惊,没想到当时试探性的一句话,你竟然如此认真的对待。

此次修改你的作品,我增加了一些对话的细节,目的主要有三:

1、希望能让你(也包括班里其他同学),再一次感受探索的过程,就像我一开始对你说的,为什么要直接问老师最后答案呢?你完全可以自己去探索的!

2、希望你不再满足于只知道最后的结果,而是去深究背后的原因,思考为什么会是这样的结果。

3、希望你能保持现在的好奇心与探索欲,这比掌握知识本身要重要的多。

开学短短一个月,已然如此美好,老师期待你更加精彩的表现!努力向前飞吧,锐同学!

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