Bisentrinen nelikulmio

Bisentrinen nelikulmio on geometriassa konveksi nelikulmio, joka on samalla sekä syklinen nelikulmio että tangentiaalinen nelikulmio. Nelikulmio on syklinen, jos sen kärjet sijaitsevat ympäri piirretyllä ympyrän kehällä, ja tangentiaalinen, jos sen kaikki sivut sivuavat sisälle piirrettyä ympyrää.[1][2]

Bisentrinen nelikulmion ehdot: vastakkaisten kulmien summa on 180 astetta, vastakkaisten sivujen yhteispituus on puolipiiri.
Nelikulmion lävistäjät leikkaavat pisteessä, jossa leikkaavat myös sivuamispisteitä yhdistävät janat, nämä vielä kohtaavat kohtisuorasti.
Bisentristä nelikulmioita on samoin sijoitettujen ja samojen ympyröiden välissä ääretön määrä.
Bisentrinen nelikulmion sisäympyrän keskuksen ja ulkoympyrän keskuksen välinen etäisyys w.

Kaikki nelikulmiot eivät ole tällaisia. Riittävä ehto, jotta konveksi nelikulmio on bisentrinen nelikulmio, on yhtä aikaa sekä

[3][4]

eli vastaisten sivujen summat ovat yhtäsuuret ja arvoltaan eli puolipiiri, että

eli vastaisten kulmien summat ovat molemmat 180°.[4]

ErityispiirteitäMuokkaa

Bisentrinen nelikulmio perii syklisen nelikulmion ja tangentiaalisen nelikulmion kaikki ominaisuudet. Sen lisäksi sen ominaisuuksia ovat:

  • vastakkaisia tangenttien sivuamispisteitä yhdistävät jänteet eli tangentiaaliset jänteet u ja v ovat kohtisuoria ja ne leikkaavat pisteessä Z (katso viereistä kuviota).[4]
  • nelikulmion lävistäjät p ja q leikkaavat toisensa myös pisteessä Z.[4]
  • piste Z, sisäympyrän keskipiste I ja ulkoympyrän keksipiste O ovat kollineaarisia.[5]
  • vierekkäisiä tangenttien sivuamispisteitä yhdistävät jänteet muodostavat nelikulmion, jonka sivujen keskipisteet muodostavat suorakulmion.[4]
  • suora, joka kulkee sisäympyrän keskipisteen I kautta, puolittaa sekä nelikulmion alan että piirin.[3]
  • jos on olemassa yksikin bisentrinen monikulmio (myös nelikulmio) kahden tietyn sisäkkäisen ympyrän välissä, on niitä vielä ääretön määrä lisää.[6]

OminaisuuksiaMuokkaa

Sisäympyrän säde r on

  [1][5]

Ulkoympyrän säde R on

  [1]

Ulkoympyrän keskipisteen O ja sisäympyrän keskipisteen I välimatka w toteuttaa yhtälön

  [1]

Pinta-ala voidaan johtaa syklisen nelikulmion pinta-alan kaavasta (Brahmagupta)

 

huomioimalla ehto   jolloin saadaan

  [1][7]

tai kun käytetään lävistäjiä edelliseen tapaan

  [5]

Vaikka nelikulmion muodon vaihdellessa sen alan suuruuskin muuttuu, voidaan alan arvo rajata epäyhtälöllä

  [5]

HistoriaMuokkaa

Ensimmäinen, joka tutki bisentrisiä nelikulmioita, oli saksalainen matemaatikko Nikolaus Fuss (1755−1825). Hän löysi ensimmäisenä ehdon sisä- ja ulkoympyrän keskipisteiden väliselle etäisyydelle w. Tätä pidettiin aikanaa yhtenä 100:sta vaikeimmasta matemaattisesta ongelmasta. Myös ranskalainen matemaatikko Poncelet (1788−1867) keksi mielenkiintoisen yleistyksen. Jos on olemassa yksikin monikulmio, joka on annetuille sisäkkäisille ympyröille bisentrinen, on näille samoille ympyröille niitä vielä ääretön määrä lisää.[6]

LähteetMuokkaa

  1. a b c d e Weisstein, Eric W.: Bicentric Quadrilateral (Math World – A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)
  2. Andreescu, Titu & Enescu, Bogdan: Mathematical Olympiad Treasures, s. 44–46. kappale 2.3 Cyclic quads. Springer, 2004. Teoksen verkkoversio (Google-book) (viitattu 23.9.2013).
  3. a b Andreescu, Titu & Enescu, Bogdan: Mathematical Olympiad Treasures, s. 64–68. kappale 2.3 Cyclic quads. Springer, 2004. Teoksen verkkoversio (Google-book) (viitattu 23.9.2013).
  4. a b c d e Josefsson, Martin: Characterizations of Bicentric Quadrilaterals. Forum Geometricorum, 2010, nro 10, s. 165–173. ISSN 1534-1178. Artikkelin verkkoversio (pdf) Viitattu 28.9.2013. (englanniksi)
  5. a b c d Royster, David: Topics in Geometry, 2011, University of Kentucky
  6. a b Radić, Mirko & Kaliman, Zoran & Kadum, Vladimir: A condition that a tangential quadrilateral is also a chordal one. Mathematical Communications, 2007, nro 12, s. 33–52. Osijek, Kroatia: University of Osijek. ISSN 1331-0623. Artikkelin verkkoversio (pdf) Viitattu 28.9.2013. (englanniksi)
  7. Andreescu, Titu & Feng, Zuming: 103 Trigonometry Problems – From the Training of the USA IMO Team. s. 37–38. Boston, Basel & Berlin: Birkhäuser, 2005. Teoksen verkkoversio (pdf) (viitattu 28.9.2013).

Aiheesta muuallaMuokkaa