Loading AI tools
Vieleck mit sieben Ecken und sieben Seiten Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Das Siebeneck (auch Heptagon; von altgriechisch ἑπτάγωνος heptágōnos, deutsch ‚siebeneckig‘, gebildet aus ἑπτά heptá, deutsch ‚sieben‘, und γωνία gōnía, deutsch ‚Winkel, Ecke‘)[1] ist eine geometrische Figur. Es gehört zur Gruppe der Vielecke (Polygone). Es ist definiert durch sieben Punkte. Sofern nichts anderes gesagt wird, ist von einem ebenen, regelmäßigen Siebeneck die Rede (siehe Bild), dessen sieben Seiten gleich lang sind und dessen sieben Eckpunkte auf einem gemeinsamen Umkreis liegen.
Der Zentriwinkel oder Mittelpunktswinkel wird von zwei benachbarten Umkreisradien eingeschlossen. Nach einer allgemeinen Formel gilt:
Die Summe der Innenwinkel des Siebenecks beträgt stets 900° und ergibt sich aus einer allgemeinen Formel für Polygone, in der für die Variable die Anzahl der Eckpunkte des Polygons eingesetzt werden muss (in diesem Fall: ):
Der Winkel, den zwei benachbarte Seitenkanten im ebenen, regelmäßigen Siebeneck miteinander einschließen, beträgt (wiederum nach einer allgemeinen Formel für regelmäßige Polygone):
Ein Siebeneck besitzt einen eindeutig bestimmbaren Flächeninhalt, welcher sich stets durch Zerlegen in Dreiecke berechnen lässt. Die Fläche des regelmäßigen Siebenecks beträgt das Siebenfache der Fläche eines jener Dreiecke, die von seinem Mittelpunkt und je zwei benachbarten Eckpunkten aufgespannt werden.
oder mit dem Umkreisradius:
Ein regelmäßiges Siebeneck kann nicht mit Zirkel und Lineal exakt konstruiert werden, da es kein konstruierbares Polygon ist.
Für die Praxis gibt es einige ausreichend genaue Näherungskonstruktionen.
Es geht darum, eine Strecke zu erhalten, welche möglichst genau das 0,86776747823-Fache eines gegebenen Radius ist.
Eine sehr einfache Näherungskonstruktion, auch bekannt aus Konstruktionen zu regelmäßigen Vielecken von Albrecht Dürer[2], ist in folgender Zeichnung dargestellt:
Genau dieselbe Streckenlänge lässt sich folgendermaßen konstruieren:
In dieser Form war sie bereits dem im 10. Jahrhundert in Bagdad wirkenden Gelehrten Abu l-Wafa bekannt.[3]
Aus dem rechtwinkligen Dreieck AHM errechnet sich:
Mit
Bei dieser Konstruktion beträgt der relative Fehler
Die mit dieser Konstruktion gewonnene Seitenlänge ist etwas zu kurz und beträgt 99,8 Prozent des wahren Wertes. Oder anders formuliert: Bei einem Umkreisradius von ungefähr 57,4 cm beträgt der Fehler in der Seitenlänge einen Millimeter.
Eine etwas aufwendigere, aber genauere Näherungskonstruktion ist in folgender Zeichnung dargestellt:
Bezeichnet man den Umkreisradius mit , den Abstand der von mit und substituiert , so ergibt sich bei dieser Konstruktion:
und mit den Werten
ergibt sich:
Die mit dieser Konstruktion gewonnene Seitenlänge ist also etwas zu lang, der relative Fehler beträgt näherungsweise 0,00057821133, also 0,0578 Prozent. Oder anders formuliert: Bei einem Umkreisradius von ungefähr 199,3 cm beträgt der Fehler in der Seitenlänge einen Millimeter.
Ein Nachteil der o. g. Konstruktion besteht darin, dass nicht von einem direkt gegebenen Radius ausgegangen wird. Will man vom Radius ausgehen, so besteht die Aufgabe darin, den zum gegebenen Radius gehörenden Abstand zwischen der Gerade und dem Mittelpunkt (das ist die Längeneinheit der Konstruktion mit geg. Koordinatensystem) zu finden.
Aus der Konstruktion mit Koordinatensystem und der Zeichnung kann man ablesen:
Damit gilt
Außerdem ist nach dem Satz des Pythagoras noch
Im rechtwinkligen Dreieck MZP gilt nach dem Kathetensatz
Der Quotient ist gemäß obiger Darstellung
und damit
wobei p und q die Hypotenusenabschnitte sind. Ihre Längen betragen 4/5 und 1/5 des Radius. Damit lässt sich der Punkt Z konstruieren und somit der Abstand d festlegen.
Die mit dieser Konstruktion gewonnene Seitenlänge sowie der relative Fehler entsprechen der Konstruktion mit Koordinatensystem. Es gilt deshalb auch: Bei einem Umkreisradius von ungefähr 199,3 cm beträgt der Fehler in der Seitenlänge einen Millimeter.
Nimmt man zu den klassischen (euklidischen) Werkzeugen Zirkel und Lineal noch ein Extrawerkzeug zur Dreiteilung des Winkels, wie z. B. einen Tomahawk, so kann das Siebeneck jedoch exakt – ähnlich dem Dreizehneck – konstruiert werden.[4]
Konstruktionen mithilfe einer sogenannten Einschiebung (Neusis),[5] z. B. mit Zirkel und einem markierten Lineal auf dem eine spezielle Markierung als zusätzliche Hilfe aufgebracht ist, auch als Neusis-Konstruktion bezeichnet, wurden bereits von Archimedes z. B. zur Dreiteilung des Winkels und von Abu l-Wafa in der Blütezeit des Islam angewandt.
David Johnson Leisk, meist bekannt als Crockett Johnson, veröffentlichte 1975 eine im englischen Sprachgebrauch bezeichnete Neusis construction[6] eines Siebenecks (Heptagon), bei dem die Seitenlänge gegeben ist. Hierfür verwendete er einen Zirkel und ein Lineal, auf dem eine Markierung bezüglich der Seitenlänge AB angebracht war.[7]
Siehe hierzu Bild 1 und 2.
Ist der Umkreis des gesuchten Siebenecks mittels des Radius R – wie im Bild 3 gezeigt – vorgegeben, wird zuerst dessen Mittelpunkt O, mithilfe der Neusis-Konstruktion nach David Johnson Leisk (Beschreibung siehe Bei gegebener Seitenlänge) bestimmt. Hierzu wählt man die Länge b der Strecke AB deutlich kleiner, als die zu erwartende Seitenlänge a des gesuchten Siebenecks.
Nach dem Generieren des Mittelpunktes O, kann mithilfe des gegebenen Radius R der Umkreis eingezeichnet werden. Es bedarf nun nur noch zweier Halbgeraden vom Mittelpunkt O durch den Punkt A bzw. B bis zum Umkreis. Anhand der sogenannten zentrischen Streckung ergibt sich dabei die Strecke A'B' als Seitenlänge a des gesuchten Siebenecks.
Abschließend werden mit der Seitenlänge a die restlichen fünf Eckpunkte des Siebenecks festgelegt und die benachbarten Eckpunkte miteinander verbunden. Somit entsteht das regelmäßige Siebeneck A'B'CDE'FG.
→ Hauptartikel: Sinus und Kosinus
Hung Tao Sheng veröffentlichte im Jahr 1969 eine Methode die zur n-Teilung eines beliebigen Winkels die Sinuskurve verwendet.[8]
Konstruktionsbeschreibung für nebenstehende Darstellung
Ein regelmäßiges überschlagenes Siebeneck ergibt sich, wenn beim Verbinden der sieben 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.
In der folgenden Galerie sind die zwei möglichen regelmäßigen Siebenstrahlsterne, auch Heptagramme genannt, dargestellt.
In der Architektur findet das Siebeneck eher selten Verwendung – z. B. im Grundriss der mittelalterlichen Kirche Notre-Dame de l’Assomption (12. Jhdt.) im südfranzösischen Ort Rieux-Minervois. Der Konzertsaal „Hegelsaal“ im Kultur- und Kongresszentrum Liederhalle in Stuttgart hat ebenso wie seine Glaskuppel einen Grundriss in Form eines regelmäßigen Siebenecks.
Weitere Beispiele sind der Glockenturm der Kirche Maria am Gestade in Wien, das Schiff der Dorfkirche Ketzür, die Afrikakapelle bei Tholey, das Baptisterium zur Heiligen Dreifaltigkeit im kroatischen Rovinj (12. Jhdt.), die Herz-Jesu-Kirche (Ingolstadt), das Kriegerdenkmal bei Thalfang/Hunsrück oder der Siegfriedbrunnen (1913) in Worms.
Der Siebenstern (Trientalis europaea) zeigt eine siebenstrahlige Blüte:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.