Liệt kê năm phép quay giữ nguyên ngũ giác đều nội tiếp đường tròn
Problem:
Liệt kê năm phép quay giữ nguyên một ngũ giác đều nội tiếp một đường tròn tâm O.
Problem Analysis
Problem Summary
Cho ngũ giác đều nội tiếp đường tròn tâm O. Cần tìm 5 phép quay tâm O biến ngũ giác đều thành chính nó.
Required Knowledge
Phép quay tâm O góc \(\alpha^o\) biến điểm A thành điểm B sao cho cung AB có số đo \(\alpha^o\). Một phép quay giữ nguyên đa giác đều H nếu nó biến mỗi điểm của H thành một điểm của H. Ngũ giác đều có 5 đỉnh, 5 cạnh bằng nhau, các đỉnh chia đường tròn ngoại tiếp thành 5 cung bằng nhau, mỗi cung có số đo \(\frac{360^o}{5} = 72^o\).
Solution Method
Chỉ có một hướng giải. Vì 5 đỉnh của ngũ giác đều chia đường tròn tâm O thành 5 cung bằng nhau, mỗi cung \(72^o\), phép quay tâm O góc \(k \cdot 72^o\) (với \(k = 1, 2, 3, 4, 5\)) sẽ biến mỗi đỉnh sang đỉnh kế tiếp, do đó biến ngũ giác đều thành chính nó. Liệt kê 5 góc quay tương ứng là đủ.
Real-world Application
Một chiếc quạt trần có 5 cánh đều nhau, quay cánh quạt một góc bao nhiêu độ thì cánh quạt trông giống hệt vị trí ban đầu?
Hints (0/3)
Hint 1:
Ngũ giác đều có 5 đỉnh nằm trên đường tròn tâm O. 5 đỉnh này chia đường tròn thành 5 cung bằng nhau. Mỗi cung có số đo bằng bao nhiêu độ?
Hint 2:
Phép quay tâm O góc \(\alpha^o\) giữ nguyên ngũ giác đều khi nó biến mỗi đỉnh thành một đỉnh khác của ngũ giác. Góc quay nhỏ nhất thỏa mãn là \(72^o\). Các góc tiếp theo là bội số của \(72^o\).
Hint 3:
Tính lần lượt: \(1 \times 72^o = 72^o\), \(2 \times 72^o = 144^o\), \(3 \times 72^o = 216^o\), \(4 \times 72^o = 288^o\), \(5 \times 72^o = 360^o\). Đây chính là 5 góc quay cần tìm.
Detailed solution
Ngũ giác đều nội tiếp đường tròn tâm O có 5 đỉnh chia đường tròn thành 5 cung bằng nhau, mỗi cung có số đo:
\[\frac{360^o}{5} = 72^o\]
Phép quay tâm O theo chiều kim đồng hồ với góc quay \(k \cdot 72^o\) (\(k = 1, 2, 3, 4, 5\)) sẽ biến mỗi đỉnh của ngũ giác đều sang đỉnh kế tiếp, do đó biến ngũ giác đều thành chính nó.
Năm phép quay cần liệt kê là các phép quay theo chiều kim đồng hồ tâm O với các góc quay lần lượt là:
\[72^o;\quad 144^o;\quad 216^o;\quad 288^o;\quad 360^o\]