Triángulo heptagonal

De testwiki
Ir a la navegación Ir a la búsqueda
Un heptágono regular (con lados rojos), sus diagonales más largas (verdes), y sus diagonales más cortas (azules). Cada uno de los catorce triángulos heptagonales congruentes tiene un lado verde, un lado azul, y un lado rojo.

Un triángulo heptagonal es un triángulo escaleno obtuso cuyos vértices coinciden con el primer, segundo y cuarto vértices de un heptágono regular (desde un vértice inicial arbitrario). Por lo tanto, sus tres lados coinciden con un lado y con las diagonales adyacentes más cortas y más largas de un heptágono regular. Todos los triángulos heptagonales son similares (tienen la misma forma), por lo que se conocen colectivamente como el triángulo heptagonal. Sus ángulos miden π/7,2π/7, y 4π/7, y es el único triángulo con ángulos en las relaciones 1: 2: 4. El triángulo heptagonal tiene varias propiedades notables.

Puntos clave

El centro de nueve puntos del triángulo heptagonal es también su primer punto de Brocard.[1] Plantilla:Rp

El segundo punto de Brocard se encuentra en el círculo de nueve puntos.[2] Plantilla:Rp

El circuncentro y los puntos de Fermat de un triángulo heptagonal forman un triángulo equilátero.[1] Plantilla:Rp

La distancia entre el circuncentro O y el ortocentro H viene dada por[2] Plantilla:Rp

OH=R2,

donde R es el circunradio. La distancia al cuadrado desde el incentro I al ortocentro es[2] Plantilla:Rp

IH2=R2+4r22,

donde r es el inradio.

Las dos tangentes desde el ortocentro hasta el circuncírculo son mutuamente perpendiculares.[2] Plantilla:Rp

Relaciones de distancias

Lados

Los lados del triángulo heptagonal a < b < c coinciden respectivamente con el lado del heptágono regular, diagonal más corta y diagonal más larga. Satisfacen que[3] Plantilla:Rp

a2=c(cb),b2=a(c+a),c2=b(a+b),1a=1b+1c

(la última[2] Plantilla:Rp es la ecuación óptica) y por lo tanto

ab+ac=bc,

y[3] Plantilla:Rp

b3+2b2cbc2c3=0,
c32c2aca2+a3=0,
a32a2bab2+b3=0.

Por lo tanto, -b/c, c/a y a/b satisfacen la ecuación cúbica

t32t2t+1=0.

La relación entre los lados es

b=2cos(π7)a,c=(1+2cos(2π7))a.

y las raíces de esta ecuación son:

{t1=12cos(π7)t2=1+2cos(2π7)t3=4cos(2π7)cos(3π7)


También se tiene que[4]

a2bc,b2ca,c2ab

satisface la ecuación cúbica

t3+4t2+3t1=0

y las raíces de esta ecuación son:

{t1=12cos(π7)t2=1+2cos(2π7)t3=4cos(2π7)cos(3π7)2

También se tiene que[4]

a3bc2,b3ca2,c3ab2

satisface la ecuación cúbica

t3t29t+1=0

y las raíces de esta ecuación son:

{t1=14cos(π7)t2=1+4cos(2π7)t3=8cos(2π7)cos(3π7)1

Así mismo, los valores[4]

a3b2c,b3c2a,c3a2b

satisfacen la ecuación cúbica

t3+5t28t+1=0

y las raíces de esta ecuación son:

{t1=2[cos(π7)+2cos(2π7)+1]t2=6cos(π7)2cos(2π7)3t3=2[3cos(2π7)2cos(π7)]

También se tiene que[2] Plantilla:Rp

b2a2=ac,
c2b2=ab,
a2c2=bc,

y[2] Plantilla:Rp

b2a2+c2b2+a2c2=5.

Por otro lado[4]

abbc+ca=0,
a3bb3c+c3a=0,
a4b+b4cc4a=0,
a11b3b11c3+c11a3=0.

No hay otro par de números (m, n), tales que m, n > 0 y que m, n <2000, que cumplan Plantilla:Cita requerida

ambn±bmcn±cman=0.

Alturas

Las alturas ha, hb y hc satisfacen

ha=hb+hc[2] Plantilla:Rp

y

ha2+hb2+hc2=a2+b2+c22.[2] Plantilla:Rp

La altura desde el lado b (ángulo opuesto B) es la mitad de la bisectriz del ángulo interno wA de A:[2] Plantilla:Rp

2hb=wA.

Aquí el ángulo A es el ángulo más pequeño y B es el segundo ángulo más pequeño.

Bisectrices

Se tienen las siguientes propiedades de las bisectrices wA,wB, y wC de los ángulos A, B y C respectivamente:[2] Plantilla:Rp

wA=b+c,
wB=ca,
wC=ba.

Circunradio, inradio y exinradios

El área del triángulo es[5]

A=74R2,

donde R es el circunradio del triángulo.

Se tiene que[2] Plantilla:Rp

a2+b2+c2=7R2.

También se tiene que[6]

a4+b4+c4=21R4.
a6+b6+c6=70R6.

La relación rR=2cos(π7)32 del inradio respecto al circunradio es la solución positiva de la ecuación cúbica[5]

8x3+28x2+14x7=0

siendo las otras dos raíces de esta ecuación 2cos(3π7)32 y 2cos(5π7)32.

La relación ra+rb+rcR=2cos(π7)+52 de la suma de los exinradios respecto al circunradio es la mayor de las raíces de la ecuación cúbica:

8x368x2+174x127=0

siendo las otras dos raíces de esta ecuación 2cos(3π7)+52 y 2cos(5π7)+52.

La relación 1ra+1rb+1rcR=4cos(2π7) de la suma de los inversos de los exinradios respecto al circunradio es la única raíz positiva de la ecuación cúbica:

x3+2x28x8=0

siendo las otras dos raíces de esta ecuación 4cos(4π7) y 4cos(6π7).

Además,[2] Plantilla:Rp

1a2+1b2+1c2=2R2.

También se tiene que[6]

1a4+1b4+1c4=2R4.
1a6+1b6+1c6=177R6.

En general para todos los enteros n,

a2n+b2n+c2n=g(n)(2R)2n

donde

g(1)=8,g(0)=3,g(1)=7

y

g(n)=7g(n1)14g(n2)+7g(n3).

Así mismo[6]

2b2a2=7bR,2c2b2=7cR,2a2c2=7aR.

También se tiene que[4]

a3c+b3ac3b=7R4,
a4cb4a+c4b=77R5,
a11c3+b11a3c11b3=7317R14.

El exradio ra correspondiente al lado a es igual al radio de la circunferencia de los nueve puntos del triángulo heptagonal.[2] Plantilla:Rp

Triángulo órtico

El triángulo órtico del triángulo heptagonal, con vértices en los pies de las alturas, es similar al triángulo heptagonal, con una relación de similitud de 1: 2. El triángulo heptagonal es el único triángulo obtuso que es similar a su triángulo órtico (el triángulo equilátero es el único agudo con esta propiedad).[2] Plantilla:Rp

Propiedades trigonométricas

Las diversas identidades trigonométricas asociadas con el triángulo heptagonal incluyen:[2] Plantilla:Rp[5]

A=π7,B=2π7,C=4π7.
cosA=b/2a,cosB=c/2b,cosC=a/2c,[4] Plantilla:Rp
cosAcosBcosC=18,
cos2A+cos2B+cos2C=54,
cos4A+cos4B+cos4C=1316,
cotA+cotB+cotC=7,
cot2A+cot2B+cot2C=5,
csc2A+csc2B+csc2C=8,
csc4A+csc4B+csc4C=32,
sec2A+sec2B+sec2C=24,
sec4A+sec4B+sec4C=416,
senAsenBsenC=78,
sen2Asen2Bsen2C=764,
sen2A+sen2B+sen2C=74,
sen4A+sen4B+sen4C=2116,
tanAtanBtanC=tanA+tanB+tanC=7,
tan2A+tan2B+tan2C=21.

La ecuación cúbica

64y3112y2+56y7=0

tiene soluciones[2] Plantilla:Rp sen2π7,sen22π7, y sen24π7, que son los senos al cuadrado de los ángulos del triángulo.

La solución positiva de la ecuación cúbica

x3+x22x1=0

es igual 2cos2π7, que es el doble del coseno de uno de los ángulos del triángulo.[7] Plantilla:Rp

Sen (2π/7), sen (4π/7) y sen (8π/7) son las raíces de[4]

x372x2+78=0.

También se tiene que:[6]

senAsenBsenC=72,
senAsenBsenBsenC+senCsenA=0,
senAsenBsenC=78.
senA,senB,senC son las raíces de x372x2+78=0.

Para un entero n, sea

S(n)=(senA)n+sennB+sennC.

Para n = 0, ..., 20,

S(n)=3,72,722,72,7324,7724,7525,72727,72528,725729,72929,72137211,
7233211,723729,745214,721797215,73131216,7337212,73493218,731817218,7519219.

Para n = 0, -1,, ..-20,

S(n)=3,0,23,23377,25,25577,26177,277,29117,21033772,210297,21411772,21226972,
213117772,214517,22117773,21723772,2171445773,219220373,2191919773,220585173.
cosA,cosB,cosC son las raíces de x3+12x212x18=0.

Para cualquier entero n

C(n)=(cosA)n+cosnB+cosnC.

Para n = 0, 1, ... 10,

C(n)=3,12,54,12,1316,12,1932,57128,117256,193512,185512,...
C(n)=3,4,24,88,416,1824,8256,36992,166400,747520,3359744,...
tanA,tanB,tanC son las raíces de x3+7x27x+7=0.
tan2A,tan2B,tan2C son las raíces de x321x2+35x7=0.

Para un entero n, sea

T(n)=tannA+tannB+tannC.

Para n = 0, 1, ... 10,

T(n)=3,7,73,317,753,7877,71011,722397,722771,7321197,7253189,
T(n)=3,7,5,2577,19,10377,5637,797,24217,13297772,104357,...

También se tiene que[6][8]

tanA4senB=7,
tanB4senC=7,
tanC+4senA=7.

Así mismo[4]

cot2A=12tanC7,
cot2B=12tanA7,
cot2C=12tanB7.

También se tiene que[4]

cosA=12+47sen3C,
cos2A=34+27sen3A,
cotA=37+47cosB,
cot2A=3+87senA,
cotA=7+87sen2B,
csc3A=67+27tan2C,
secA=2+4cosC,
secA=68sen2B,
secA=4167sen3B,
sen2A=12+12cosB,
sen3A=78+74cosB,

También se tiene que[9]

sen3BsenCsen3CsenAsen3AsenB=0,
senBsen3CsenCsen3AsenAsen3B=724,
sen4BsenCsen4CsenA+sen4AsenB=0,
senBsen4C+senCsen4AsenAsen4B=7725,
sen11Bsen3Csen11Csen3Asen11Asen3B=0,
sen3Bsen11Csen3Csen11Asen3Asen11B=7317214.

También se cumplen identidades de tipo Ramanujan,[10]

2sen(2π7)3+2sen(4π7)3+2sen(8π7)3=
.......(718)73+6+3(53733+43733)3
12sen(2π7)3+12sen(4π7)3+12sen(8π7)3=
.......(1718)6+3(53733+43733)3
4sen2(2π7)3+4sen2(4π7)3+4sen2(8π7)3=
.......(4918)493+6+3(12+3(493+273)3+11+3(493+273)3)3
14sen2(2π7)3+14sen2(4π7)3+14sen2(8π7)3=
.......(14918)273+6+3(12+3(493+273)3+11+3(493+273)3)3
2cos(2π7)3+2cos(4π7)3+2cos(8π7)3=53733
12cos(2π7)3+12cos(4π7)3+12cos(8π7)3=43733
4cos2(2π7)3+4cos2(4π7)3+4cos2(8π7)3=11+3(273+493)3
14cos2(2π7)3+14cos2(4π7)3+14cos2(8π7)3=12+3(273+493)3
tan(2π7)3+tan(4π7)3+tan(8π7)3=
.......(718)73+6+3(5+3(73493)3+3+3(73493)3)3
1tan(2π7)3+1tan(4π7)3+1tan(8π7)3=
.......(1718)493+6+3(5+3(73493)3+3+3(73493)3)3
tan2(2π7)3+tan2(4π7)3+tan2(8π7)3=
.......(4918)3493+6+3(89+3(3493+573)3+25+3(3493+573)3)3
1tan2(2π7)3+1tan2(4π7)3+1tan2(8π7)3=
.......(14918)573+6+3(89+3(3493+573)3+25+3(3493+573)3)3

También se tiene que[9]

cos(2π7)/cos(4π7)3+cos(4π7)/cos(8π7)3+cos(8π7)/cos(2π7)3=73.
cos(4π7)/cos(2π7)3+cos(8π7)/cos(4π7)3+cos(2π7)/cos(8π7)3=0.
2sen(2π73+2sen(4π73+2sen(8π73=(718)73+6+3(53733+43733)3
cos4(4π7)/cos(2π7)3+cos4(8π7)/cos(4π7)3+cos4(2π7)/cos(8π7)3=493/2.
cos5(2π7)/cos2(4π7)3+cos5(4π7)/cos2(8π7)3+cos5(8π7)/cos2(2π7)3=0.
cos5(4π7)/cos2(2π7)3+cos5(8π7)/cos2(4π7)3+cos5(2π7)/cos2(9π7)3=3*73/2.
cos14(2π7)/cos5(4π7)3+cos14(4π7)/cos5(8π7)3+cos14(8π7)/cos5(2π73=0.
cos14(4π7)/cos5(2π7)3+cos14(8π7)/cos5(4π7)3+cos14(2π7)/cos5(8π7)3=61*73/8.

Referencias

Plantilla:Listaref

Plantilla:Control de autoridades

  1. 1,0 1,1 Paul Yiu, "Heptagonal Triangles and Their Companions", Forum Geometricorum 9, 2009, 125–148. http://forumgeom.fau.edu/FG2009volume9/FG200912.pdf
  2. 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 Leon Bankoff and Jack Garfunkel, "The heptagonal triangle", Mathematics Magazine 46 (1), January 1973, 7–19.
  3. 3,0 3,1 Abdilkadir Altintas, "Some Collinearities in the Heptagonal Triangle", Forum Geometricorum 16, 2016, 249–256.http://forumgeom.fau.edu/FG2016volume16/FG201630.pdf
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 Wang, Kai. “Heptagonal Triangle and Trigonometric Identities”, Forum Geometricorum 19, 2019, 29–38.
  5. 5,0 5,1 5,2 Weisstein, Eric W. "Heptagonal Triangle." From MathWorld--A Wolfram Web Resource. http://mathworld.wolfram.com/HeptagonalTriangle.html
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 Wang, Kai. https://www.researchgate.net/publication/327825153_Trigonometric_Properties_For_Heptagonal_Triangle
  7. Plantilla:Cita publicación
  8. Victor H. Moll, An elementary trigonometric equation, https://arxiv.org/abs/0709.3755, 2007
  9. 9,0 9,1 Kai Wang, https://www.researchgate.net/publication/336813631_Topics_of_Ramanujan_type_identities_for_PI7
  10. Roman Witula and Damian Slota, New Ramanujan-Type Formulas and Quasi-Fibonacci Numbers of Order 7, Journal of Integer Sequences, Vol. 10 (2007).