Mnohoúhelník

Mnohoúhelník (také polygon) je část roviny vymezená úsečkami, které spojují určitý počet bodů (nejméně tři), z nichž žádné tři sousední neleží na jedné přímce. Další možná definice je tato: mnohoúhelník je část roviny omezená uzavřenou lomenou čárou takovou, že žádné tři následující koncové body jejích úseček neleží v jedné přímce.

Základní pojmy

Body, které určují mnohoúhelník, se nazývají vrcholy mnohoúhelníku. Úsečky, které spojují sousední vrcholy, se nazývají strany mnohoúhelníku. Úsečky, které spojují nesousední vrcholy, se nazývají úhlopříčky. Úhly, které svírají sousední strany, se nazývají vnitřní úhly mnohoúhelníka. Počet vrcholů, stran a vnitřních úhlů je v jednom mnohoúhelníku stejný a tento počet určuje název mnohoúhelníku: trojúhelník, čtyřúhelník, pětiúhelník, šestiúhelník… (obecně $n$-úhelník).

Znázornění a zápis

Mnohoúhelník se znázorňuje pomocí jeho vrcholů a stran, označuje se výčtem vrcholů v jejich přesném pořadí. U speciálních mnohoúhelníků (trojúhelník, čtverec, obdélník, …) se v zápise před výčet vrcholů umisťuje příslušný symbol (Δ …). Vrcholy, strany a úhly mnohoúhelníka se zapisují stejným způsobem jako body, úsečky a úhly.

Druhy mnohoúhelníků

Kromě mnohoúhelníků lišících se počtem vrcholů (viz Základní pojmy) se mnohoúhelníky dělí na:

• pravidelné (všechny strany i vnitřní úhly jsou shodné) a nepravidelné,
• konvexní (všechny vnitřní úhly jsou menší než 180°) a nekonvexní (alespoň jeden vnitřní úhel je větší než 180°),
• pravoúhelníky (všechny vnitřní úhly jsou pravé, případně 270°) a nepravoúhelníky (aspoň jeden vnitřní úhel se nerovná pravému úhlu).
• jednoduché a degenerované (alespoň 2 strany se protínají)

Vlastnosti

• Obvod mnohoúhelníka $P$ se vypočte jako součet délek všech jeho stran:

$P=a+b+c+...$, kde $a,b,c,...$ jsou jednotlivé strany mnohoúhelníka.

• Obsah obecného mnohoúhelníka $S$ se vypočte pomocí rozložení mnohoúhelníka na vhodné vzájemně se nepřekrývající trojúhelníky, obdélníky nebo čtverce, jejichž obsahy $S_1,S_2,...$ se vypočítají podle známých vzorců a následně sečtou:

$S=S_1+S_2+...$

• Obsah mnohoúhelníka, jehož strany se nekříží, se dá spočítat Gaussovou metodou pro výpočet plochy či prostřednictvím L'Huillierových vzorců

$S=\frac{1}{2}|\sum _{i=1}^n(x_i{y}_{i+1}-x_{i+1}{y}_i)|$, kde $(x_i,y_i)$ jsou souřadnice vrcholů mnohoúhelníka, $x_{n+1}$ a $y_{n+1}$ splývají s $x_1$ a $y_1$

• Součet vnitřních úhlů $n$-úhelníku je roven (výsledek v radiánech nebo stupních):

$\pi \cdot (n-2)\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}$

nebo

$180^{\circ }\cdot (n-2)$

• Počet úhlopříček obecného $n$-úhelníku určuje vztah:

$\frac{1}{2}n(n-3)$

• Jestli existuje taková kružnice, že na ní leží všechny vrcholy daného mnohoúhelníku, pak je mnohoúhelníku opsaná. Mnohoúhelník, kterému lze opsat kružnici se nazývá tětivový (jeho strany jsou tětivami opsané kružnice).
• Každý n-úhelník lze vždy rozdělit na ($n-2$) trojúhelníků.

Vlastnosti pravidelného mnohoúhelníku

• Velikost vnitřního úhlu pravidelného $n$-úhelníku má hodnotu (v radiánech)

${\alpha }_n=\frac{n-2}{n}\pi$

• Velikost středového, případně vnějšího úhlu je rovna

${\alpha }_n^{\prime }=\frac{2\pi }{n}$

• Pravidelnému mnohoúhelníku lze opsat i vepsat kružnici. Středy obou kružnic leží ve stejném bodě, který je totožný s těžištěm mnohoúhelníku.
• Označí-li se délka strany pravidelného $n$-úhelníku jako $a_n$ a poloměr kružnice opsané jako $r_n$, pak poloměr ${\rho }_n$ kružnice vepsané lze určit ze vztahu

${\rho }_n=\sqrt{r_n^2-(a_n/2{)}^2}$

• Obsah pravidelného $n$-úhelníku lze určit jako

$S_n=\frac{n{a}_n{\rho }_n}{2}=n{\rho }_n^2\mathrm{tg}\frac{\pi }{n}=\frac{n\cdot a_n^2}{4\cdot \mathrm{tg}\frac{\pi }{n}}=n{r}_n^2\sin \frac{\pi }{n}\cos \frac{\pi }{n}=\frac{1}{2}n{r}_n^2\sin \frac{2\pi }{n}$

• Pravidelný $n$-úhelník má $n$ os souměrnosti a pro sudé $n$ i střed souměrnosti.

Tabulka mnohoúhelníků

Tabulka obsahuje seznam mnohoúhelníků s názvy v češtině a v cizích slovech.

Počet úhlů	Cizím slovem	v češtině
3	trigon	trojúhelník
4	tetragon	čtyřúhelník
5	pentagon	pětiúhelník
6	hexagon	šestiúhelník
7	heptagon	sedmiúhelník
8	oktagon	osmiúhelník
9	nonagon	devítiúhelník
10	dekagon	desetiúhelník
11	hendekagon	jedenáctiúhelník
12	dodekagon	dvanáctiúhelník
13	triskaidekagon	třináctiúhelník
14	tetradekagon	čtrnáctiúhelník
15	pentadekagon	patnáctiúhelník
20	ikosagon	dvacetiúhelník
100	hektagon	stoúhelník
1000	kiliagon	tisíciúhelník
10000	myriagon	desetitisíciúhelník

Literatura

• Karel Rektorys a kolektiv: Přehled užité matematiky I, Prometheus, Praha 1995, Šablona:ISBN, str. 98
• Marcela Palková a kolektiv: Průvodce matematikou 2, Didaktis, Brno 2007, Šablona:ISBN, str. 31-33
• Šárka Voráčová a kolektiv: Atlas geometrie – Geometrie krásná a užitečná, Academia, Praha 2012, Šablona:ISBN, str. 14-16

Související články

• Geometrický útvar
• Planimetrie
• Mnohostěn

Externí odkazy

• Šablona:Commonscat
• Šablona:Wikislovník