Pentágono

Un pentágono regular.

En geometría, se denomina pentágono (del griego πεντάγωνον, de πεντά, "cinco" y γωνον, "ángulos") a un polígono de cinco lados y cinco vértices. Los pentágonos pueden ser convexos- tal que se sitúa en un mismo semiplano determinado por cualquiera uno de sus lados-, cóncavos y cruzados: estos tienen algún lado, que al prolongar sitúa al polígono en dos semiplanos opuestos; en caso del pentágono cruzado hay lados que se intersecan fuera de sus extremos ​

Un pentágono regular es un pentágono convexo que tiene todos sus lados iguales y sus ángulos internos congruentes. Cada ángulo interno mide 108 grados ($3\pi /5$ radianes). Así, por ejemplo (véase la figura), el ángulo BCD mide 108°. La suma de los ángulos internos de un pentágono regular es de 540°. Un pentágono convexo tiene exactamente 5 diagonales, cuyos puntos pertenecen al interior del pentágono y se interesecan dos a dos en 5 puntos ​

Como los segmentos DE, EA, y AB son iguales, los arcos que ellos determinan en la circunferencia circunscrita son iguales. Esto implica que los tres ángulos DCE, ECA y ACB son iguales. Como la suma de ellos es 360°, cada uno de ellos mide 108°.

Cada ángulo externo del pentágono regular mide 72º.

Propiedades

$A={\frac {5a^{2}}{4}}\cot {\frac {\pi }{5}}={\frac {a^{2}}{4}}{\sqrt {25+10{\sqrt {5}}}}\simeq 1,72048a^{2}$

De forma general si tenemos que el radio de la circunferencia circunscrita es r_u

$A={\frac {5}{8}}\cdot r_{u}^{2}\cdot {\sqrt {10+2{\sqrt {5}}}}$

o también:

$A={\frac {5}{2}}\cdot r_{u}^{2}\cdot \sin {72^{\circ }}$

Perímetro

Siempre que supongamos que el pentágono tiene lado a:

$a=2\cdot r_{u}\cdot \cos 54^{\circ }$

ó también:

$a=r_{u}\cdot {\sqrt {\frac {5-{\sqrt {5}}}{2}}}$

Para obtener el perímetro P de un pentágono regular, multiplíquese la longitud t de uno de sus lados por cinco (el número de lados n del polígono).

$P=n\cdot t=5\ t$

Fórmula para calcular los ángulos interiores

La suma de todos los ángulos interiores de un pentágono es de 540°.

La fórmula general para calcular la suma de los ángulos interiores de cualquier polígono regular (en el caso del pentágono n = 5) es:

$\sum {\alpha =}(n-2)\cdot 180^{\circ }=3\cdot 180^{\circ }=540^{\circ }$

El ángulo comprendido entre dos lados de un pentágono regular se puede calcular mediante la siguiente fórmula (en el pentágono, n = 5):

$\alpha ={\frac {(n-2)}{n}}\cdot 180^{\circ }={\frac {3}{5}}\cdot 180^{\circ }=108^{\circ }$

Construcción de un pentágono regular

Secuencia gráfica usando regla y compás

Podemos construir con regla y compás un pentágono regular, inscrito en una circunferencia (véase la figura) de la siguiente manera:

Trazamos dos rectas perpendiculares por el centro O de la circunferencia (PD y OQ en la figura). Determinamos el punto medio M del segmento OQ y trazamos la recta PM. Con centro en M, trazamos la circunferencia de radio MO. Denotemos con R y S las intersecciones de esta circunferencia con la recta PM. Las circunferencias de centro en P y radios PR y PS determinan los vértices del pentágono regular.

Uniendo los vértices del pentágono, se obtiene un pentagrama (estrella de 5 puntas) inscrito en él. En el centro quedará otro pentágono regular, con lo que el proceso de inscribir pentagramas en los sucesivos pentágonos que se vayan generando, matemáticamente, no tiene fin.

Al inscribir en un pentágono regular un pentagrama, se puede observar la razón áurea entre las longitudes de los segmentos resultantes.

En el plano complejo

Se traza una circunferencia, con centro en el origen, de radio unidad. Las cinco raíces de la unidad de orden 5 se sitúan sobre la circunferencia unidad y constituyen los vértices de un pentágono regular, siendo uno de ellos el punto complejo real (1,0) y los demás puntos son complejos.​

En la naturaleza

Hay flores silvestres, en los los andes centrales, exactamente de cinco pétalos ; de modo que los ápices de ellos conforman los vértices de un pentágono ​ .

Relaciones geométricas del pentágono regular

Relación con el número áureo

Pentagrama y pentágono

Veamos que la razón entre un segmento que una dos de sus vértices no consecutivos y uno de los lados del pentágono es la razón aúrea o número áureo, por ejemplo que

$CE=\left({\frac {1+{\sqrt {5}}}{2}}\right)CD$

Por simetría, los segmentos CE y CA son iguales. Observamos que los triángulos ANF y CMF son semejantes. De la semejanza de sus lados tenemos que

${\frac {MC}{AN}}={\frac {FC}{AF}}$

Observemos que MC es la mitad de CE y que AN es la mitad de AB. Por otra parte, como el triángulo FCD es isósceles, tenemos que FC = CD. Así podemos escribir AF = AC - FC = CE - CD. Por tanto

${\frac {CE}{CD}}={\frac {CD}{CE-CD}}={\frac {1}{CE/CD-1}}$

Sustituyendo CE/CD por $\phi$ tenemos

$\phi ={\frac {1}{\phi -1}}\qquad \,(1)$

en otras palabras $\phi -1=1/\phi$. Esta ecuación describe la razón dorada. $\phi$ es el único número positivo que cuando le restamos la unidad, obtenemos su inverso.

De la discusión anterior se desprende: Si en un triángulo isósceles, el ángulo opuesto a la base vale 108°, la razón de la base del triángulo y uno de los otros lados es la razón dorada.

Algunas consideraciones sobre triángulos

Consideremos a un pentágono (regular) y la circunferencia circunscrita a dicho pentágono. Tracemos la perpendicular por el centro de la circunferencia al lado DA del pentágono y sea M la intersección de esta perpendicular con la circunferencia El ángulo AOB mide 360°/5=72° y el ángulo AOM es su mitad, es decir 36°. El ángulo MOB, suma de estos dos vale 108° y como el triángulo AOB es isósceles tenemos que

1. La razón entre el segmento MB y el radio OM de la circunferencia es la razón dorada
2. $\angle BMO=(180^{\circ }-108^{\circ })/2=72^{\circ }/2=36^{\circ }$

Así, sea P la intersección de las rectas OA y MB. El triángulo PMO es isósceles, y la razón entre el radio OM y el segmento PM es la razón dorada. Finalmente, el triángulo OBP también es isósceles, con lo que PB = OB ( =OM). Tenemos

${\frac {PM}{OM}}={\frac {1}{\phi }}={\frac {MB-PB}{OM}}=\phi -1$

Lo anterior se puede interpretar como una demostración geométrica de la ecuación (1).

Algunas aplicaciones trigonométricas

$\sin {\frac {\pi }{10}}=\sin 18^{\circ }={\frac {{\sqrt {5}}-1}{4}}$

$\cos {\frac {\pi }{10}}=\cos 18^{\circ }={\frac {\sqrt {2(5+{\sqrt {5}})}}{4}}$

$\tan {\frac {\pi }{10}}=\tan 18^{\circ }={\frac {\sqrt {5(5-2{\sqrt {5}})}}{5}}$

$\cot {\frac {\pi }{10}}=\cot 18^{\circ }={\sqrt {5+2{\sqrt {5}}}}$

$\sin {\frac {\pi }{5}}=\sin 36^{\circ }={\frac {\sqrt {2(5-{\sqrt {5}})}}{4}}$

$\cos {\frac {\pi }{5}}=\cos 36^{\circ }={\frac {{\sqrt {5}}+1}{4}}$

$\tan {\frac {\pi }{5}}=\tan 36^{\circ }={\sqrt {5-2{\sqrt {5}}}}$

$\cot {\frac {\pi }{5}}=\cot 36^{\circ }={\frac {\sqrt {5(5+2{\sqrt {5}})}}{5}}$

Véase también

• Anexo:Ecuaciones de figuras geométricas

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre pentágonos.
• Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre pentágono.
• Una posibilidad de poder ver pentágonos exactos mediante SVG se puede encontrar en Wikimedia Commons