如何只用尺规快速作圆的内接正五边形 如何用尺规作图作圆的内接正五边形

在上篇文章中,我介绍二倍角三角形作图原理以及《几何原本》中用尺规作圆的内接正五边形的方法,不过圆的内接正五边形的作图过程有些繁琐 。这篇文章,我将向大家介绍一种更简单的尺规作圆的内接正五边形的方法 。
由于作图(圆的内接正五边形)过程需要用到二倍角三角形的作图原理,这里我还是先向大家介绍二倍角三角形的原理 。
1、二倍角三角形的原理:
《几何原本》第四卷—命题10:作一个等腰三角形,使它的每个底角是顶角的二倍 。

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证明:
1、任取一条线段AB,在AB上取一点C,使以AB和BC为边所构成的矩形面积等于以CA为边的正方形面积 。(第2卷 命题11)(具体作图方法及原理,详见我的文章《《几何原本》-几何代数的基本原理(2)-命题1~命题14》中的命题11的证明过程)
2、以A为圆心、AB为半径作圆BDE 。
3、作圆BDE的拟合线BD,使BD=AC 。(第4卷 命题1)
4、连接AD和DC,作三角形ACD的外接圆ACD 。(第4卷 命题5)
5、因为以AB和BC为边所构成的矩形面积等于以CA为边的正方形面积,AC=BD,所以以AB和BC为边所构成的矩形面积等于以BD为边的正方形面积,于是BD与圆ACD相切 。(第3卷 命题37)
6、因为BD与圆相切,DC是过切点D的圆的拟合线,所以角BDC等于相对弓形上的角DAC 。(第3卷 命题32)
7、因为角BDC=角DAC,两边同时加上角CDA,所以角BDA=角CDA+角DAC 。
8、又因为外角BCD=角CDA+角DAC(第1卷 命题32),所以角BDA=角BCD 。
9、又因为AB=AD,所以角BDA=角CBD 。(第1卷 命题5)
10、所以角BCD=角CBD,于是DB=DC 。(第1卷 命题6)
11、又因为BD=CA,所以DC=CA,所以角CDA=角CAD(第1卷 命题5)
12、所以角CDA与角CAD的和是角DAC的二倍,又角BCD=角CDA+角CAD,于是角BCD是角DAC的二倍 。
13、又因为角BCD=角BDA=角DBA,所以角BDA和角DBA都是角DAB的二倍 。
14、所以等腰三角形ABD的底边BD上的每个角都是顶角的二倍 。
证明完毕 。
2、圆的内接正五边形的快速作图方法:
有了二倍角三角形作图原理的铺垫,我们便能只使用尺规快速作出圆的内接正五边形,以下是作图的方法:
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步骤1:任取一条线段OA,延长AO至a 。
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步骤2:以O为圆心,OA为半径作圆与Oa相交于b,此时Ob=OA 。
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步骤3:去除多余的辅助线,此时Ob=OA 。
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步骤4:以b为圆心,bA为半径作圆;以A为圆心,Ab为半径作圆 。两圆相交于c、d,连接cd与bA相交于O点 。
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步骤5:去除多余的辅助线 。
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步骤6:以O为圆心,OA为半径作圆,交Od于e 。分别以e、A为圆心,eO、AO为半径作圆,两圆交于f,连接ef、fA 。
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步骤7:去除多余的辅助线,此时AOef是正方形 。
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步骤8:以O为圆心,Oe为半径作圆;以e为圆心,eO为半径作圆,连接两圆交点所形成的直线与Oe相交于g点 。
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步骤9:去除多余的辅助线,此时AOef是正方形,g是Oe中点 。
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步骤10:延长eO至h,以g为圆心,gA为半径作圆,圆与eh相交于i 。
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步骤11:去除多余辅助线 。
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步骤12:以O为圆心,Oi为半径作圆,圆与OA相交于M 。
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步骤13:以O为圆心,OA为半径作圆;以A为圆心,OM长度为半径作圆,两圆相交于N 。