星型5角形の内角の和                戻る

 2025(令和7)年8月2日、都内某所で数学教育の講演会があり、拝聴してきた。いくつか
の話題の中で、次の問題に興味を持った。

 円周上の5等分点をひとつ置きに結ぶと、次の図形ができる。これは「星型5角形」と言わ
れる。
  

 このとき、∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180° が成り立つ。

 就職試験にも頻出の問題であるので、読者の方は、どこかで一度はお目にかかっているの
ではと思う。当HPでも、以下のページが参考になるだろう。

  ・「星形の内角の和

  ・「角の大きさ(37)」 ・・・ 星型図形の内角の和

  ・「凸多角形の考察


 この等式 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180° を示すのに、9通りの考え方があると
いうことを、講演された先生は仰っていた。

 「えっ、そんなにあるの?」というのが率直な感想であるが、どんな考え方があるのか、整
理してみようと思う。

(考え方 その1) ・・・ もっともよく知られた方法だろう。

  ∠APT=∠c+∠e 、∠ATP=∠b+∠d なので、△APTにおいて、三角形の内角の

 和は180°なので、

 ∠a+(∠c+∠e)+(∠b+∠d)=∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180°


(考え方 その2)

 ∠COD=2∠a、∠DOE=2∠b、∠EOA=2∠c、∠AOB=2∠d、∠BOC=2∠e

なので、 2∠a+2∠b+2∠c+2∠d+2∠e=360°

 よって、 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180°


(考え方 その3)

 ∠CRD=∠a+∠c+∠d 、∠BRE=180°−(∠b+∠e) において、

 対頂角が等しいので、∠CRD=∠BRE より、∠a+∠c+∠d=180°−(∠b+∠e)

 よって、 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180°


(考え方 その4)

 BE‖CD なので、∠BDC=∠b 、∠ECD=∠e 、また、∠CRD=∠a+∠c+∠d

 △RCDにおいて、三角形の内角の和は180°なので、

 ∠b+∠e+(∠a+∠c+∠d)=180°

 よって、 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180°


(考え方 その5)

  

 ACを∠a だけ回転させて、ADに移動する。さらに、ADを∠d だけ回転させて、BDに移動

する。さらに、BDを∠b だけ回転させて、BEに移動する。さらに、BEを∠e だけ回転させて、

CEに移動する。さらに、CEを∠c だけ回転させて、CAに移動する。

 このとき、ベクトルの向きを考えると、180° 回転していることになるので、

 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180°


(考え方 その6)

  

 平行線の錯角の性質から、上図のように角度が求まる。

 5角形の内角の和は、540° なので、 3(∠a+∠b+∠c+∠d+∠e)=540°

 よって、 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180°


(考え方 その7)

  

 三角形の面積5個分から五角形の外角の和(180°×5−540°=360°)2個分を引
いて、

 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180°×5−360°×2=180°


(追記) kuiperbelt さんより、(考え方 その8)、(考え方 その9)をご投稿いただきました。
  (令和7年8月4日付け)

(考え方 その8)

 中心Oについて、 ∠COA+∠AOD+∠DOB+∠BOE+∠EOC=144°×5=720°

 頂点Aについて、∠OCA+∠OAC+∠COA=180°、∠CAD=∠OAC+∠OAD

 頂点B、C、D、Eについても同様で、

  ∠ODB+∠OBD+∠DOB=180°、∠DBE=∠OBD+∠OBE

  ∠OEC+∠OCE+∠EOC=180°、∠ECA=∠OCA+∠OCE

  ∠OAD+∠ODA+∠AOD=180°、∠ADB=∠ODA+∠ODB

  ∠OBE+∠OEB+∠BOE=180°、∠BEC=∠OEB+∠OEC

両辺を加算すると、

 ∠CAD+∠DBE+∠ECA+∠ADB+∠BEC+720°=180°×5=900°より、

 ∠CAD+∠DBE+∠ECA+∠ADB+∠BEC=180°


(考え方 その9)

 ∠BAEは正5角形の頂点の一つなので、∠BAE=108°

 A、B、C、D、Eは、円周の5等分点なので、弧AB=弧BC=弧CD=弧DE=弧EA より、

 ∠BAC=∠CAD=∠DAE

 ∠BAC+∠CAD+∠DAE=∠BAE なので、 ∠CAD=108°÷3=36°

 ∠CAD=∠DBE=∠ECA=∠ADB=∠BEC より、

 ∠CAD+∠DBE+∠ECA+∠ADB+∠BEC=36°×5=180°


(コメント) kuiperbelt さん、ありがとうございました。


(追記) 令和7年8月5日付け

(考え方 その10) ・・・ 5つの角 ∠a、∠b、∠c、∠d、∠e を一つの頂点に集める。

  

 上図から、 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180°


(考え方 その11) ・・・ (考え方 その10)とほぼ同様である。

  


(考え方 その12) ・・・ (考え方 その6)の内部の5角形バージョンである。

  

 ∠TPQ=∠a+∠b+∠d、∠PQR=∠b+∠c+∠e、∠QRS=∠a+∠c+∠d、

 ∠RST=∠b+∠d+∠e、∠STP=∠a+∠c+∠e で、

 ∠TPQ+∠PQR+∠QRS+∠RST+∠STP=540° より、

 3(∠a+∠b+∠c+∠d+∠e)=540°

 よって、 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180°


(追記) 令和7年8月6日付け

(考え方 その13) ・・・ 外角に注目!

  

 上図において、 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e+(外角の和)=540°

 ここで、 (外角の和)=180°×5−540°=360° なので、

 ∠a+∠b+∠c+∠d+∠e=180°


(コメント) 上記の他にも、もっといろいろな解法があると思います。「これは!」というもの
  が見つかったら、是非当HPにご教示下さい。



  以下、工事中!