如图所示,若干个正 n 边形首尾相接排成一个环,围成一个正 N 边形。

  1. (a)

    证明 N=2nn−4N=\dfrac{2n}{n-4}。

    答案

  2. (b)

    由此解释,为什么不能通过将较小的正 n 边形排成一环来围成一个正八边形。

    答案

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完整解法

14(a)

1. Write the interior angles of the small and large regular polygons.

Interior angle of each regular nn-sided polygon:
(n−2)180∘n\frac{(n-2)180^\circ}{n}
Interior angle of the regular NN-sided polygon:
(N−2)180∘N\frac{(N-2)180^\circ}{N}

2. Form an angle equation at a vertex of the large polygon.

At each vertex, two interior angles of the smaller polygons and one interior angle of the large polygon add to 360∘360^\circ.

2((n−2)180n)+(N−2)180N=3602\left(\frac{(n-2)180}{n}\right)+\frac{(N-2)180}{N}=360

3. Simplify the equation to express $N$ in terms of $n$.

Divide throughout by 180180:
2(n−2)n+N−2N=2\frac{2(n-2)}{n}+\frac{N-2}{N}=2

Since
N−2N=1−2N,\frac{N-2}{N}=1-\frac{2}{N},
we get
2n−4n+1−2N=2\frac{2n-4}{n}+1-\frac{2}{N}=2

2−4n+1−2N=22-\frac{4}{n}+1-\frac{2}{N}=2

1−4n=2N1-\frac{4}{n}=\frac{2}{N}

n−4n=2N\frac{n-4}{n}=\frac{2}{N}

Cross-multiplying,
N(n−4)=2nN(n-4)=2n

N=2nn−4N=\frac{2n}{n-4}

答案

N=2nn−4N=\frac{2n}{n-4}

14(b)

1. Substitute $N=8$ into the formula from part (a).

From part (a),
N=2nn−4.N=\frac{2n}{n-4}.
For a regular octagon, N=8N=8:
8=2nn−4.8=\frac{2n}{n-4}.

2. Solve for $n$ and interpret whether it is possible.

8(n−4)=2n8(n-4)=2n
8n−32=2n8n-32=2n
6n=326n=32
n=163=513.n=\frac{16}{3}=5\frac{1}{3}.
This is not an integer, so it cannot be the number of sides of a regular polygon.

答案

For N=8N=8, n=166=83n=\dfrac{16}{6}=\dfrac{8}{3}, which is not a whole number. Since the number of sides of a regular polygon must be an integer, a regular octagon cannot be formed in this way.

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