正方形

邊長和內角相等的四邊形

平面几何学中,正方形是四邊相等且四個角是直角的四邊形[1]。正方形是正多边形的一种:正四边形。四个顶点为ABCD的正方形可以记为正方形 ABCD。

正方形
一個正四邊形
類型正多邊形
對偶正四邊形(本身)
4
頂點4
對角線2
施萊夫利符號{4}
t{2}
考克斯特符號英语Coxeter–Dynkin diagramnode_1 4 node 
node_1 2 node_1 
鮑爾斯縮寫
verse-and-dimensions的wikiaBowers acronym
square在维基数据编辑
對稱群二面體群 (D4), order 2×4
面積
內角90°
內角和360°
特性圓內接多邊形等邊多邊形等角多邊形等邊圖形

正方形是二维的超方形,也是二维的正轴形

性质

正方形是正四边形,是特殊的矩形对称四边形平行四边形。其四个内角为直角。除了四边四角相等的性质,正方形还有以下性质:

面积和周长

 
正方形的面积是其边长的平方

正方形的周长是它的边长的4倍。如果边长为a,那么周长 。正方形的面积是其边长的平方。如果边长为a,那么面积 。如果我们知道正方形的对角线长d,那么我们也可以之计算面积 ,如果正方形边心距为r,外接圆半径是R,那么 。, 

若正方形的邊長為整數,其面積就是一個完全平方数。在周长固定时,正方形的面積一定大於其他非正方形的四邊形的面积。

对称性

正方形是一种高度对称的平面图形,它关于两条对角线的交点中心对称(这个点又被称作正方形的中心)。它的对称轴有四条,分别是对边中点的连线以及两条对角线。保持正方形不变的变换有8种,包括全等变换,以正方形中心为中心、角度为90度、180度和270度的旋转,以及关于四条对称轴的反射。这八个变换组成了一个,是二面体群中的一个,记作D4

 
全等变换,四个顶点都不变
 
r1(顺时针90°旋转)
 
r2(180°旋转)
 
r3(顺时针270°旋转)
 
fv垂直反射
 
fh水平反射
 
fd沿主对角线(左上至右下)反射
 
fc沿副对角线(右上至左下)反射
二面体群D4

正方形与无理数

公元前五世纪时,毕达哥拉斯学派最早证明了正方形的对角线长度与边长长度的比例: ,是无法表示为两个自然数的公比的。

 
使用圓規與直尺建構出正方形。

平面镶嵌

用同一种多边形不重疊地将平面“铺满”,称为平面的正镶嵌图。正方形是能够组成平面的正镶嵌图的三种正多边形之一(另外两种分别是正三角形正六边形)。

参考文献

  1. ^ Euclid's Elements, Book I. mathcs.clarku.edu. [2017-10-21]. (原始内容存档于2017-09-18). 

参见