Кіріспе
Төрт жағы мен төрт бұрышы бар көпбұрыш, төрт жақты математикалық пішін. Геометрияда төртбұрыш – төрт жақты көпбұрыш, оның төрт қабырғасы (жақтары) және төрт бұрышы (түбегі) болады. Бұл сөз латын тіліндегі "quadri" (төрттің түрі) және "latus" ("жақ" деген мағынадағы) сөздерінен шыққан. Оны грек тіліндегі "tetra" ("төрт") және "gon" ("бұрыш") сөздерінен алынған тетрагон деп те атайды, бұл басқа көпбұрыштарға (мысалы, бесбұрышқа) ұқсас. "Гон" сөзі "бұрыш" дегенді білдіргендіктен, оны төртбұрыш немесе 4 бұрыш деп те атай беруге болады. Төртбұрыш төбелері , , және болатын төртбұрыш ретінде белгіленеді. Төртбұрыштар қарапайым (өзін-өзі қиыспайтын) немесе күрделі (өзін-өзі қиыстыратын) болады. Қарапайым төртбұрыштар дөңес немесе ойыс болуы мүмкін. Қарапайым (және жазық) төртбұрыш ABCD-нің ішкі бұрыштарының қосындысы 360 градусқа тең, яғни . Барлық өзін-өзі қиыспайтын төртбұрыштар өз қабырғаларының ортасынан қайталап айналдыру арқылы жазықтықты мозаикалай алады.
four sided mathematical shapes
In geometry a quadrilateral is a four sided polygon, having four edges (sides) and four corners (vertices). The word is derived from the Latin words quadri, a variant of four, and latus, meaning "side". It is also called a tetragon, derived from Greek "tetra" meaning "four" and "gon" meaning "corner" or "angle", in analogy to other polygons (e. g. pentagon). Since "gon" means "angle", it is analogously called a quadrangle, or 4 angle. A quadrilateral with vertices , , and is sometimes denoted as
Quadrilaterals are either simple (not self intersecting), or complex (self intersecting, or crossed). Simple quadrilaterals are either convex or concave. The interior angles of a simple (and planar) quadrilateral ABCD add up to 360 degrees of arc, that is
All non self crossing quadrilaterals tile the plane, by repeated rotation around the midpoints of their edges.
Қарапайым төртбұрыштар
Өзін-өзі қиыспайтын кез келген төртбұрыш – қарапайым төртбұрыш болып табылады.
Қиыр төртбұрыштар
Қыуыт төртбұрышта бір ішкі бұрыш 180°-тан үлкен болады, және екі диагоналінің бірі төртбұрыштан сыртқа шығып орналасады. Жебе (немесе оқ ұшы) – бұл қанат сияқты екі жақты симметриясы бар, бірақ бір ішкі бұрышы кері бұрыш болатын қыуыт төртбұрыш. Қанатқа қараңыз.
Күрделі төртбұрыштар
Өзін-өзі қиылыстыратын төртбұрыш айқас төртбұрыш, қиылысқан төртбұрыш, көбелек төртбұрыш немесе галстук төртбұрыш деп аталады. Қиылысқан төртбұрышта қиылыстың екі жағындағы төрт "ішкі" бұрыш (екі сүйір және екі кері, барлығы сол жақта немесе фигураның сызылған оң жағында) 720° құрайды. Қиылысқан трапеция (АҚШ) немесе трапеция (Британдық достастық): бір жұп қарама-қарсы қабырғалары параллель болатын қиылысқан төртбұрыш (трапеция сияқты). Антипараллелограмм: қарама-қарсы қабырғалардың әр жұбы тең ұзындықта болатын қиылысқан төртбұрыш (параллелограмм сияқты). Қиылысқан тіктөртбұрыш: екі қабырғасы тіктөртбұрыштың екі қарама-қарсы қабырғалары және екі диагоналі болып табылатын антипараллелограмм, сондықтан бір жұп параллель қарама-қарсы қабырғалары бар. Қиылысқан квадрат: екі қабырғасы тік бұрышпен қиылысатын қиылысқан төртбұрыштың ерекше жағдайы.
Арнайы желілік сегменттер
Қиыр төртбұрыштың екі диагоналі – қарама-қарсы төбелерін қосатын сызық кесінділері. Қиыр төртбұрыштың екі бимедианы – қарама-қарсы қабырғаларының орта нүктелерін қосатын сызық кесінділері. Олар төртбұрыштың "төбелік центроидысында" қиылысады (төменде қараңыз). Қиыр төртбұрыштың төрт мальтитудасы – қарсы қабырғасының орта нүктесінен өтетін бір қабырғаға түсірілген перпендикулярлар.
Қиыршық төртбұрыштың ауданы
Қабырғалары бар ABCD дөңес төртбұрыштың K ауданын есептеу үшін әртүрлі жалпы формулалар бар.
Паралелограмм заңының және Птолемей теоремасының жалпылаулары
Кез келген дөңес төртбұрыш ABCD-де төрт қабырғасының квадраттарының қосындысы екі диагоналінің квадраттарының қосындысына тең, соған қоса диагональдердің орта нүктелерін қосатын кесіндінің квадратының төрт еселенген мәніне. Мұнда x – диагональдердің орта нүктелері арасындағы қашықтық. Бұл қатынасты төртбұрыш үшін косинус заңы деп қарастыруға болады. Шеңберге ішкі жатқан төртбұрышта, егер A + C = 180° болса, онда ол pq = ac + bd түріне дейін тобырылады. cos (A + C) ≥ −1 екендігінен, ол Птолемей теңсіздігінің дәлелін де көрсетеді.
where x is the distance between the midpoints of the diagonals. This relation can be considered to be a law of cosines for a quadrilateral. In a cyclic quadrilateral, where A + C = 180°, it reduces to pq = ac + bd. Since cos (A + C) ≥ −1, it also gives a proof of Ptolemy's inequality.
Белгілі төртбұрыштың ерекше нүктелері мен сызықтары
Төртбұрыштың орталығын бірнеше түрлі жолмен анықтауға болады. "Төбелік центроид" төртбұрышты бос деп қарастырудан, бірақ оның төбелеріндегі массалары тең болуынан туындайды. "Жақ центриуды" жақтарының бірлік ұзындығына шамамен бірдей массасы бар деп есептеуден келеді. Әдеттегі орталық, жай ғана центроид (аумақтың орталығы) деп аталады, төртбұрыштың беті тұрақты тығыздыққа ие деп қарастырудан шығады. Бұл үш нүкте әдетте бірдей болмайды. "Төбелік центроид" екі бимедиананың қиылысуы болып табылады. Кез келген көпбұрыш сияқты, төбелік центроидтың x және y координаттары төбелердің x және y координаттарының арифметикалық орташасынан тұрады. Төртбұрыш ABCD-нің "аумақтық центриуды" келесідей құрастыруға болады. Ga, Gb, Gc, Gd нүктелері BCD, ACD, ABD, ABC үшбұрыштардың центроидтары болсын. "Аумақтық центроид" GaGc және GbGd түзулерінің қиылысуы болып табылады. Жалпы дөңес төртбұрыш ABCD үшін үшбұрыштың ортасы мен ортоцентріне тікелей ұқсастық жоқ. Бірақ екі нүкте келесідей құрастырылуы мүмкін. Oa, Ob, Oc, Od нүктелері BCD, ACD, ABD, ABC үшбұрыштардың орталық шеңберлері болсын; ал Ha, Hb, Hc, Hd нүктелері сол үшбұрыштардың ортоцентрлері болсын. Содан кейін OaOc және ObOd түзулерінің қиылысуы квазициркумцентр деп аталады, ал HaHc және HbHd түзулерінің қиылысуы дөңес төртбұрыштың квазиортоцентрі деп аталады. AD және BC, AB және CD түзулерінің қиылыс нүктелері P және Q болатын кез келген төртбұрыш ABCD үшін (PAB), (PCD), (QAD) және (QBC) шеңберлері ортақ нүкте M арқылы өтеді, ол Микель нүктесі деп аталады. Диагональдардың қиылыс нүктесі E және BC мен AD жақтарының ұзартуларының қиылыс нүктесі F болатын ABCD дөңес төртбұрышы үшін ω шеңбері E және F арқылы өтеді, ол CB-мен ішкі жағынан M нүктесінде және DA-мен ішкі жағынан N нүктесінде қиылысады. CA түзуі ω шеңберімен L нүктесінде қайтадан қиылысса, ал DB түзуі ω шеңберімен K нүктесінде қайтадан қиылысады. Онда: NK және ML түзулері AB жағында орналасқан P нүктесінде қиылысады; NL және KM түзулері CD жағында орналасқан Q нүктесінде қиылысады. P және Q нүктелері ω шеңберімен AB және CD жақтарында құрылған "Паскаль нүктелері" деп аталады.
Қиыршықты төртбұрыштардың басқа қасиеттері
Төртбұрыштың барлық жағында сыртқы квадраттар салыңыз. Қарама-қарсы квадраттардың орталықтарын қосатын кесінділер (а) ұзындығы тең және (b) перпендикуляр болады. Осылайша, бұл орталықтар ортодиагональ төртбұрыштың төбелері құрайды. Бұл Ван Аубель теоремасы деп аталады. Берілген қабырға ұзындығы бар кез келген жай төртбұрышқа сол қабырға ұзындығымен шеңберге сыйымды төртбұрыш табуға болады. Дөңес төртбұрыштың диагональдары мен қабырғалары арқылы түзілген төрт кіші үшбұрыштың қасиеті – екі қарама-қарсы үшбұрыштың аудандарының көбейтіндісі қалған екі үшбұрыштың аудандарының көбейтіндісіне тең.
Таксономия
Төртбұрыштардың иерархиялық таксономиясы оң жақтағы суретте көрсетілген. Төменгі санаттар жоғары санаттардың ерекше жағдайлары болып табылады, олармен байланысты. Ескеріңіз, мұндағы "трапеция" термині Солтүстік Америкалық анықтаманы білдіреді (британдық эквиваленті – трапеция). Барлық жерде қамтушы анықтамалар қолданылады.
Қисық төртбұрыштар
Жазық емес төртбұрыш бұрыш төртбұрыш деп аталады. Оның диэдрлік бұрыштарын қабырға ұзындықтарынан және екі іргелес қабырға арасындағы бұрыштан есептеу формулалары, циклобутан сияқты төрт атомнан тұратын "қисайған" сақинасы бар молекулалардың қасиеттерін зерттеу үшін алынған. Тарихи тұрғыдан, бұрыш төртбұрышты білдіру үшін "gauche quadrilateral" термині де қолданылған. Бұрыш төртбұрыш және оның диагональдары (қалыпты емес) тетраэдр құрайды, ал керісінше, әрбір бұрыш төртбұрыш тетраэдрден шығады, онда қарама-қарсы қабырғалардың жұбы алынып тасталған.