Zwanzigeck
Ein Zwanzigeck oder Ikosagon (von altgriechisch εἰκοσάγωνος eikoságōnos, deutsch ‚zwanzigeckig‘)[1] ist ein Polygon mit 20 Seiten und 20 Ecken. Oft ist damit ein ebenes, regelmäßiges Zwanzigeck gemeint, bei dem alle Seiten gleich lang sind und alle Eckpunkte auf einem gemeinsamen Umkreis liegen. Im Folgenden wird nur noch das regelmäßige Zwanzigeck und das regelmäßige überschlagene Zwanzigeck betrachtet.
Winkel
BearbeitenDer Mittelpunktswinkel beträgt
Seiten
BearbeitenDie Seitenlänge im Vergleich zum Umkreisradius beträgt:
mit
Diagonalen
BearbeitenDas Zwanzigeck besitzt 170 Diagonalen:
- 20 Diagonalen über 2 (bzw. 18) Seiten
- 20 Diagonalen über 3 (bzw. 17) Seiten
- 20 Diagonalen über 4 (bzw. 16) Seiten
- 20 Diagonalen über 5 (bzw. 15) Seiten
- 20 Diagonalen über 6 (bzw. 14) Seiten
- 20 Diagonalen über 7 (bzw. 13) Seiten
- 20 Diagonalen über 8 (bzw. 12) Seiten
- 20 Diagonalen über 9 (bzw. 11) Seiten
- 10 Diagonalen über 10 Seiten
Die Längen im Verhältnis zum Umkreisradius betragen:
- Die Diagonale über zwei Seiten entspricht der Seite eines Zehnecks mit gleichem Umkreis:
- Die Diagonale über drei Seiten:
- Die Diagonale über vier Seiten entspricht der Seite eines Fünfecks mit gleichem Umkreis:
- Die Diagonale über fünf Seiten entspricht der Seite eines Quadrats mit gleichem Umkreis:
- Die Diagonale über sechs Seiten:
- Die Diagonale über sieben Seiten:
- Die Diagonale über acht Seiten:
- Die Diagonale über neun Seiten:
- Die Diagonale über zehn Seiten entspricht dem Durchmesser des Umkreises:
Fläche
BearbeitenDie Fläche eines regelmäßigen Zwanzigecks mit der Seitenlänge und dem Umkreisradius wird durch die folgenden Formeln berechnet.
Konstruktion
BearbeitenDas regelmäßige Zwanzigeck ist als Konstruktion mit Zirkel und Lineal darstellbar, die hauptsächlichen Konstruktionsmerkmale werden bereits im Fünfeck bzw. im Zehneck verwendet.
Konstruktion bei gegebenem Umkreis
BearbeitenDie Konstruktion im Bild 1 ist nahezu gleich der des Zehnecks bei gegebenem Umkreis.[2]
Es beginnt mit dem gegebenen Durchmessers und dessen Halbierung im Mittelpunkt Nach dem Ziehen des Umkreises um durch wird senkrecht zum Durchmesser die Mittelachse eingezeichnet; Schnittpunkte sind die beiden ersten Eckpunkte und des entstehenden Zwanzigecks. Es folgt die Halbierung der Strecke in , dabei ergeben sich die Schnittpunkte und auf dem Umkreis. Nun wird ein Kreisbogen um mit dem Radius gezogen, bis er die Strecke in schneidet. Die Strecke ist somit nach dem goldenen Schnitt mit äußerer Teilung geteilt. Noch einen kurzen Kreisbogen um mit dem Radius der den Umkreis im Eckpunkt schneidet, anschließend die Verbindung des Eckpunktes mit dem Punkt , jetzt auch zugleich dann ist die erste Seitenlänge des Zwanzigecks konstruiert. Abschließend die Seitenlänge fünfzehn Mal gegen den Uhrzeigersinn auf den Umkreis abtragen und die benachbarten Eckpunkte miteinander verbinden, das regelmäßige Zwanzigeck ist somit konstruiert.
Konstruktion bei gegebener Seitenlänge
BearbeitenDie Konstruktion im Bild 3 ist nahezu gleich der des Zehnecks bei gegebener Seitenlänge. Die gepunkteten Linien sind für die Konstruktion nicht erforderlich, sie dienen lediglich zur Veranschaulichung der folgenden Beschreibung.
Zuerst werden die Enden der Seitenlänge mit den ersten Eckpunkten (rechts) und bezeichnet. Es folgt je ein Kreisbogen mit dem Radius um die Punkte und ; deren Schnittpunkte sind und Anschließend wird eine Halbgerade ab durch gezogen; sie halbiert die Seitenlänge in Eine Senkrechte auf ab schließt sich an und erzeugt den Schnittpunkt Verlängert man nun die Strecke über hinaus um ca. den gleichen Längenbetrag und schlägt danach einen Kreisbogen um mit dem Radius , wird der Schnittpunkt auf der Verlängerung erzeugt. Die Strecke ist somit nach dem goldenen Schnitt mit äußerer Teilung geteilt. Jetzt wird um ein Kreisbogen mit dem Radius geschlagen, der die senkrechte Halbgerade in schneidet. In dem damit entstandenen gleichschenkligen Dreieck entspricht der Winkel am Winkelscheitel dem Zentriwinkel eines regelmäßigen Zehnecks,
denn bei einer Seitenlänge gilt im rechtwinkligen Dreieck
mit eingesetzten Werten
daraus folgt für Winkel
somit ist der Winkel und damit gleich dem Zentriwinkel des Zehnecks.
Es geht weiter mit dem Kreisbogen um den Punkt mit dem Radius , der die Halbgerade, die ab durch verläuft, in und in schneidet. Wegen ist nach dem Zentriwinkelsatz der Winkel am Winkelscheitel halb so groß, als der Zentriwinkel des Zehnecks. Aufgrund dessen ist der Mittelpunkt des gesuchten Zwanzigecks mit dessen Zentriwinkel Jetzt nur noch den Umkreis um den Mittelpunkt ziehen, die Seitenlänge sechzehn Mal gegen den Uhrzeigersinn auf den Umkreis abtragen und die benachbarten Eckpunkte miteinander verbinden, danach ist das regelmäßige Zwanzigeck konstruiert.
Regelmäßige überschlagene Zwanzigecke
BearbeitenEin regelmäßiges überschlagenes Zwanzigeck ergibt sich, wenn beim Verbinden der zwanzig Eckpunkte jedes Mal mindestens einer übersprungen wird und die somit erzeugten Sehnen gleich lang sind. Notiert werden solche regelmäßigen Sterne mit Schläfli-Symbolen , wobei die Anzahl der Eckpunkte angibt und jeder -te Punkt verbunden wird.
Es gibt nur drei regelmäßige Zwanzigstrahlsterne, auch Ikosagramme genannt.
Die „Sterne“ mit den Schläfli-Symbolen {20/2} und {20/18} sind regelmäßige Zehnecke, die mit den Schläfli-Symbolen {20/4} und {20/16} sind Fünfecke, die mit den Schläfli-Symbolen {20/5} und {20/15} sind Quadrate. Der Stern mit den Schläfli-Symbolen {20/6} und {20/14} ist ein Zehnstrahlstern, auch Dekagramm genannt.
Vorkommen
BearbeitenWeblinks
BearbeitenEinzelnachweise
Bearbeiten- ↑ Wilhelm Pape, Max Sengebusch (Bearb.): Handwörterbuch der griechischen Sprache. 3. Auflage, 6. Abdruck. Vieweg & Sohn, Braunschweig 1914 (zeno.org [abgerufen am 2. Juli 2024]).
- ↑ Henry Green: Euclid's Plane Geometry, Books III–VI, Practically Applied, or Gradations in Euclid, Part II. In: books.google.de. London: Simpkin, Marshall,& CO., im Jahr 1861, S. 116, abgerufen am 10. Februar 2018.