Rectangle

Un quadrilàter convex és un rectangle si i només si compleix qualsevol de les següents característiques:^[5][6]

• un paral·lelogram amb almenys un angle recte
• un paral·lelogram amb diagonals d'igual longitud
• un paral·lelogram ABCD on els triangles ABD i DCA són congruents
• un quadrilàter equiangular
• un quadrilàter amb quatre angles rectes
• un quadrilàter les dues diagonals del qual són iguals en longitud i es biseccionen entre ells^[7]
• un quadrilàter convex amb costats successius a, b, c, d l'àrea del qual és ${\displaystyle {\tfrac {1}{4}}(a+c)(b+d)}$ .^[8]:fn.1
• un quadrilàter convex amb costat successius a, b, c, d amb àrea ${\displaystyle {\tfrac {1}{2}}{\sqrt {(a^{2}+c^{2})(b^{2}+d^{2})}}.}$ ^[8]

Jerarquia tradicional modifica

Un rectangle és un cas particular d'un paral·lelogram en què cada parella d'arestes adjacents és perpendicular.

Un paral·lelogram és un cas particular d'un trapezi en què totes dues parelles de costats oposats són paral·lels i iguals en longitud.

Un trapezi és un quadrilàter convex que té com a mínim una parella de costats oposats paral·lels.

Un quadrilàter convex és

• Simple: la frontera no es creua amb sí mateixa.
• Amb forma d'estrella: tot l'interior és visible des d'un sol punt, sense creuar cap aresta.

Jerarquia alternativa modifica

De Villiers va definir el rectangle d'una manera més general com tot quadrilàter amb eixos de simetria a través de cada parella de costat oposats.^[9] Aquesta definició inclou tant els rectangles rectes com els creuats. Cadascun d'aquestes té un eix de simetria paral·lel a i equidistant a una parella de costats oposats, i un altre que és la bisectriu perpendicular d'aquests costats, però, en el cas del rectangle creuat, el primer eix no és un eix de simetria de cap dels costats que bisecciona.

Els quadrilàters amb dos eixos de simetria, cadascun d'ells a través d'una parella de costat oposats, pertanyen a la classe més gran de quadrilàters amb almenys un eix de simetria a través d'una parella de costats oposats. Aquests quadrilàters inclouen els trapezis isòsceles i els trapezis isòsceles creuats (quadrilàters creuats amb la mateixa disposició de vèrtexs que un trapezi).

1. Els seus costats paral·lels són iguals.
2. Les dues diagonals d'un rectangle de base ${\displaystyle b}$ i altura ${\displaystyle h}$ mesuren ${\displaystyle {\sqrt {a^{2}+h^{2}}}}$ .^[10]
3. Les seves dues diagonals es bisequen mútuament en el punt mig comú; (aquesta característica també el defineix). Aquest punt és el centre de la figura, en el sentit que tota recta que passa per ell, tala al rectangle en dos punts equidistants del centre, per la qual cosa defineix una simetria respecte a un punt per als punts del rectangle.^[11]
4. El rectangle té dues simetries axials, respecte a eixos paral·lels als seus costats i que passen pel centre.^[12][13]
5. Qualsevol rectangle es pot inscriure en una circumferència, dos dels diàmetres del qual coincideixen amb les diagonals del rectangle.
6. Usant com a base d'un triangle una base del rectangle i el punt mig del costat oposat, com a vèrtex oposat, resulta un triangle isòsceles d'àrea igual a la meitat de la del rectangle.
7. Emprant com a base de qualsevol triangle la base del rectangle i com a vèrtex oposat un punt que dista com l'altura del rectangle, s'obté una família de triangles equivalents i els vèrtexs dels quals formen un lloc geomètric: la recta paral·lela a la base del rectangle.^[14]
8. Si s'uneixen els punts mitjans M, N; P, Q de sengles costats d'un rectangle, mitjançant segments es genera el rombe MNPQ.^[15]

Fórmules modifica

Si un rectangle té longitud ${\displaystyle \ell }$ i amplada ${\displaystyle w}$ , llavors:^[16]

• té àrea ${\displaystyle A=\ell w\,}$ ;
• té perímetre ${\displaystyle P=2\ell +2w=2(\ell +w)\,}$ ;
• cada diagonal té longitud ${\displaystyle d={\sqrt {\ell ^{2}+w^{2}}}}$ ; i
• quan ${\displaystyle \ell =w\,}$ , el rectangle és un quadrat.^[17]

Dualitat rectangle-rombe modifica

El polígon dual del rectangle és un rombe, com es mostra en la següent taula.^[18]

• La figura formada unint, en ordre, els punts mitjos dels costats d'un rectangle és un rombe i vice versa.

El teorema d'isoperimetría per a rectangles estableix que d'entre tots els rectangles amb un perímetre donat, el quadrat és el que té major àrea.

Un paral·lelogram amb diagonals iguals és un rectangle.

El punt mig dels costats de dos quadrilàters qualssevol amb diagonals perpendiculars formen un rectangle.

El teorema japonès per a quadrilàters cíclics^[19] afirma que els incentres dels quatre triangles determinats pels vèrtexs d'un quadrilàter cíclic agafats tres alhora formen un rectangle.

The teorema de la bandera britànica afirma que siguin els vèrtexs d'un rectangle anomenats A, B, C, i D, per tot punt P en el mateix pla que el rectangle:^[20]

${\displaystyle \displaystyle (AP)^{2}+(CP)^{2}=(BP)^{2}+(DP)^{2}.}$

A tot cos convex C en el pla, se li pot inscriure un rectangle r en C tal que una còpia homotètica R de r és circumscrita a C i la raó homotètica positiva és com a màcxim de 2 i ${\displaystyle 0.5{\text{ × Area}}(R)\leq {\text{Area}}(C)\leq 2{\text{ × Area}}(r)}$ .^[21]

Existeix un únic rectangle amb costats ${\displaystyle a}$ i ${\displaystyle b}$ , on ${\displaystyle a}$ és inferior a ${\displaystyle b}$ , amb dues maneres de ser doblegat respecte d'una línia a partir del seu centre de tal manera que l'àrea de solapament sigui minimitzada i cada àrea dóna una forma diferent – un triangle i un pentàgon. El ratio únic dels costats és ${\displaystyle \displaystyle {\frac {a}{b}}=0.815023701...}$ .^[22]

Donada una figura bidimensional poden definir-se els n-moments d'àrea centrats com:

${\displaystyle M_{x_{1}\dots x_{n}}^{(n)}=\int _{A}x_{1}\dots x_{n}\ dA}$

El 0-moment coincideix amb l'àrea, els dos 1-moments s'anomenen primers moments d'àrea (o moments estàtics) ${\displaystyle \scriptstyle S_{x}=M_{x}^{(1)},\ S_{y}=M_{y}^{(1)}}$ són nuls per a qualsevol figura plana. Els 2-moments s'anomenen segons moments d'àrea (o moments d'inèrcia plans) i per a un rectàngle són:

${\displaystyle I_{xx}=M_{xx}^{(2)}={\frac {bh^{3}}{12}},\quad I_{yy}=M_{yy}^{(2)}={\frac {hb^{3}}{12}},\quad I_{xy}=I_{yx}=M_{xy}^{(2)}=0}$

On b és la base del rectangle i h la seva altura.

Un rectangle tessel·lat per quadrats, rectangles o triangles rep el nom de rectangle "quadrat", "rectangulat", o "triangulat" (o "trianglat") respectivament. El rectangle tessel·lat és a més perfecte^[23][24] si les seves parts són semblants i finits en nombre i no hi ha dues parts d'igual mida. Si hi ha dos o més tessel·les són d'igual mida, la tessel·lació és imperfecta. En un rectangle triangulat perfecte (o imperfecte) els triangles han de ser triangles rectangles. Es pot trobar una base de dades de tots els rectangles, quadrats i altres formes perfectes coneguts a squaring.net.

El menor nombre de quadrats que calen per a tessel·lar perfectament un rectangle és 9^[25] i el menor nombre de quadrats que calen per "quadrar" perfectament un quadrat és 21, descobert computacionalment l'any 1978.^[26]

Un rectangle té costats commensurables si i només si és tessel·lable per un nombre finit de quadrats no iguals.^[23][27] Això mateix és veritat si les peces són triangles rectangles isòsceles diferents.

Les tessel·lacions de recangles amb altres formes que han rebut més interès són aquells fets amb poloòminos congruents no rectangulars, que permeten totes les rotacions i reflexions. També hi ha tessel·lacions amb poliàbolos congruents.

• Paral·lelogram
• Quadrat
• Quadrilàter
• Polígon