四十五角形(よんじゅうごかくけい、よんじゅうごかっけい、tetracontapentagon)は、多角形の一つで、45本の辺と45個の頂点を持つ図形である。内角の和は7740°、対角線の本数は945本である。

正四十五角形

正四十五角形においては、中心角と外角は8°で、内角は172°となる。一辺の長さが a の正四十五角形の面積 S は

S = 45 4 a 2 cot π 45 160.8825 a 2 {\displaystyle S={\frac {45}{4}}a^{2}\cot {\frac {\pi }{45}}\simeq 160.8825a^{2}}

cos ( 2 π / 45 ) {\displaystyle \cos(2\pi /45)} を平方根と立方根で表すと、

cos 2 π 45 = cos ( π 9 π 15 ) = cos π 9 cos π 15 sin π 9 sin π 15 = 4 4 i 3 3 4 4 i 3 3 4 1 8 ( 6 ( 5 5 ) 5 1 ) i ( 4 4 i 3 3 4 4 i 3 3 ) 4 1 8 ( 2 ( 5 5 ) 3 15 ) = 1 32 ( ( 4 4 i 3 3 4 4 i 3 3 ) ( 6 ( 5 5 ) 5 1 ) i ( 4 4 i 3 3 4 4 i 3 3 ) ( 2 ( 5 5 ) 3 15 ) ) {\displaystyle {\begin{aligned}\cos {\frac {2\pi }{45}}=&\cos \left({\frac {\pi }{9}}-{\frac {\pi }{15}}\right)\\=&\cos {\frac {\pi }{9}}\cos {\frac {\pi }{15}} \sin {\frac {\pi }{9}}\sin {\frac {\pi }{15}}\\=&{\frac {{\sqrt[{3}]{4-4i{\sqrt {3}}}} {\sqrt[{3}]{4 4i{\sqrt {3}}}}}{4}}\cdot {\frac {1}{8}}\left({\sqrt {6\left(5 {\sqrt {5}}\right)}} {\sqrt {5}}-1\right) {\frac {i\left({\sqrt[{3}]{4-4i{\sqrt {3}}}}-{\sqrt[{3}]{4 4i{\sqrt {3}}}}\right)}{4}}\cdot {\frac {1}{8}}\left({\sqrt {2\left(5 {\sqrt {5}}\right)}} {\sqrt {3}}-{\sqrt {15}}\right)\\=&{\frac {1}{32}}\left(\left({{\sqrt[{3}]{4-4i{\sqrt {3}}}} {\sqrt[{3}]{4 4i{\sqrt {3}}}}}\right)\left({\sqrt {6\left(5 {\sqrt {5}}\right)}} {\sqrt {5}}-1\right) {i\left({\sqrt[{3}]{4-4i{\sqrt {3}}}}-{\sqrt[{3}]{4 4i{\sqrt {3}}}}\right)}\left({\sqrt {2\left(5 {\sqrt {5}}\right)}} {\sqrt {3}}-{\sqrt {15}}\right)\right)\end{aligned}}}
関係式
2 cos 2 π 45 2 cos 32 π 45 2 cos 28 π 45 = 0 2 cos 4 π 45 2 cos 26 π 45 2 cos 34 π 45 = 0 2 cos 8 π 45 2 cos 38 π 45 2 cos 22 π 45 = 0 2 cos 16 π 45 2 cos 14 π 45 2 cos 44 π 45 = 0 {\displaystyle {\begin{aligned}2\cos {\frac {2\pi }{45}} 2\cos {\frac {32\pi }{45}} 2\cos {\frac {28\pi }{45}}=0\\2\cos {\frac {4\pi }{45}} 2\cos {\frac {26\pi }{45}} 2\cos {\frac {34\pi }{45}}=0\\2\cos {\frac {8\pi }{45}} 2\cos {\frac {38\pi }{45}} 2\cos {\frac {22\pi }{45}}=0\\2\cos {\frac {16\pi }{45}} 2\cos {\frac {14\pi }{45}} 2\cos {\frac {44\pi }{45}}=0\\\end{aligned}}}

三次方程式の係数を求めると

2 cos 2 π 45 2 cos 32 π 45 2 cos 32 π 45 2 cos 28 π 45 2 cos 28 π 45 2 cos 2 π 45 = 3 2 cos 2 π 45 2 cos 32 π 45 2 cos 28 π 45 = 2 cos 2 π 15 = 1 5 30 6 5 4 {\displaystyle {\begin{aligned}&2\cos {\frac {2\pi }{45}}\cdot 2\cos {\frac {32\pi }{45}} 2\cos {\frac {32\pi }{45}}\cdot 2\cos {\frac {28\pi }{45}} 2\cos {\frac {28\pi }{45}}\cdot 2\cos {\frac {2\pi }{45}}=-3\\&2\cos {\frac {2\pi }{45}}\cdot 2\cos {\frac {32\pi }{45}}\cdot 2\cos {\frac {28\pi }{45}}=2\cos {\frac {2\pi }{15}}={\frac {1 {\sqrt {5}} {\sqrt {30-6{\sqrt {5}}}}}{4}}\end{aligned}}}

解と係数の関係より

u 3 3 u 2 cos 2 π 15 = 0 {\displaystyle u^{3}-3u-2\cos {\frac {2\pi }{15}}=0}

三次方程式を解いて、整理すると cos ( 2 π / 45 ) {\displaystyle \cos(2\pi /45)} が求められる。

2 cos 2 π 45 = cos 2 π 15 i sin 2 π 15 3 cos 2 π 15 i sin 2 π 15 3 4 cos 2 π 45 = 8 cos 2 π 15 i 8 sin 2 π 15 3 8 cos 2 π 15 i 8 sin 2 π 15 3 4 cos 2 π 45 = 1 5 30 6 5 i ( 15 3 10 2 5 ) 3 1 5 30 6 5 i ( 15 3 10 2 5 ) 3 cos 2 π 45 = 1 4 ( 1 5 30 6 5 i ( 15 3 10 2 5 ) 3 1 5 30 6 5 i ( 15 3 10 2 5 ) 3 ) {\displaystyle {\begin{aligned}2\cos {\frac {2\pi }{45}}=&{\sqrt[{3}]{\cos {\frac {2\pi }{15}} i\sin {\frac {2\pi }{15}}}} {\sqrt[{3}]{\cos {\frac {2\pi }{15}}-i\sin {\frac {2\pi }{15}}}}\\4\cos {\frac {2\pi }{45}}=&{\sqrt[{3}]{8\cos {\frac {2\pi }{15}} i8\sin {\frac {2\pi }{15}}}} {\sqrt[{3}]{8\cos {\frac {2\pi }{15}}-i8\sin {\frac {2\pi }{15}}}}\\4\cos {\frac {2\pi }{45}}=&{\sqrt[{3}]{1 {\sqrt {5}} {\sqrt {30-6{\sqrt {5}}}} i\left({\sqrt {15}} {\sqrt {3}}-{\sqrt {10-2{\sqrt {5}}}}\right)}} {\sqrt[{3}]{1 {\sqrt {5}} {\sqrt {30-6{\sqrt {5}}}}-i\left({\sqrt {15}} {\sqrt {3}}-{\sqrt {10-2{\sqrt {5}}}}\right)}}\\\cos {\frac {2\pi }{45}}=&{\frac {1}{4}}\left({\sqrt[{3}]{1 {\sqrt {5}} {\sqrt {30-6{\sqrt {5}}}} i\left({\sqrt {15}} {\sqrt {3}}-{\sqrt {10-2{\sqrt {5}}}}\right)}} {\sqrt[{3}]{1 {\sqrt {5}} {\sqrt {30-6{\sqrt {5}}}}-i\left({\sqrt {15}} {\sqrt {3}}-{\sqrt {10-2{\sqrt {5}}}}\right)}}\right)\\\end{aligned}}}

正四十五角形の作図

正四十五角形は定規とコンパスによる作図が不可能な図形である。

正四十五角形は折紙により作図可能である。

脚注

関連項目

  • 五角形
  • 九角形
  • 十五角形
  • 十八角形
  • 三十角形

外部リンク


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