Sklenského čísla v praxi: výpočty a inverzní úloha

Zobrazení: 136

Praktický návod k výpočtu K(n), tabulka hodnot od trojúhelníku po dvanáctiúhelník, přesnější asymptotický odhad a bezpečný algoritmus půlení intervalu pro hledání parametru podle zadaného obsahu.

Řada pravidelných mnohoúhelníků rozdělených na trojúhelníky nad rostoucím konvexním grafem; vodorovná hladina znázorňuje hledání parametru podle zadaného obsahu.
Řada pravidelných mnohoúhelníků rozdělených na trojúhelníky nad rostoucím konvexním grafem; vodorovná hladina znázorňuje hledání parametru podle zadaného obsahu. Foto: OpenAI

Předchozí články definovaly funkci K a popsaly její vlastnosti. Tento díl ukazuje praktický výpočet ve dvou směrech: z počtu stran určí obsah a ze zadaného obsahu numericky najde odpovídající reálný parametr i nejbližší skutečný mnohoúhelník.

Přímý výpočet

Pro pravidelný n-úhelník s délkou strany jedna platí:

K(n) = n / (4 · tan(π/n)).

Úhel musí být při výpočtu v radiánech. V tabulkovém procesoru nebo programovacím jazyce proto nepředáváme funkci tangens hodnotu 180/n, ale π/n. Standardní obecný vzorec pro stranu délky a uvádí Wolfram MathWorld.

Kontrolní tabulka

Hodnoty K(n) zaokrouhlené na devět desetinných míst
nTvarK(n)
3trojúhelník0,433012702
4čtverec1,000000000
5pětiúhelník1,720477401
6šestiúhelník2,598076211
7sedmiúhelník3,633912444
8osmiúhelník4,828427125
9devítiúhelník6,181824194
10desetiúhelník7,694208843
11jedenáctiúhelník9,365639907
12dvanáctiúhelník11,196152423

Zaokrouhlení patří až na konec výpočtu. Mezivýsledky je vhodné ponechat v plné přesnosti, jinak se chyba zbytečně zvětšuje při porovnávání nebo numerické inverzi.

Rychlý odhad pro velké hodnoty

Z rozvoje kotangenty plyne:

K(x) = x2/(4π) − π/12 − π3/(180x2) − …

Rozvoj je publikován v NIST DLMF 4.19.6. Pro hrubý odhad lze ponechat jen první člen. Při obrácení vztahu dostaneme x ≈ √(4πA). Přesnější počáteční odhad vznikne započtením konstanty:

x0 = √(4π(A + π/12)).

Tento výraz není přesnou inverzí. Je pouze dobrým počátkem pro numerickou metodu.

Inverzní úloha

Pro zadaný obsah A > 0 hledáme reálné x > 2 splňující K(x) = A. Protože K je spojitá a přísně rostoucí, existuje právě jedno řešení. Metoda půlení intervalu je pomalejší než některé jiné algoritmy, ale je jednoduchá a při správném uzavření kořene spolehlivá; obecný princip popisuje NIST DLMF § 3.8.

Ukázka v PHP

function sklenskehoCislo(float $x): float
{
    if ($x <= 2.0) {
        throw new InvalidArgumentException("Parametr x musí být větší než 2.");
    }

    return $x / (4.0 * tan(M_PI / $x));
}

function inverzniK(float $obsah, float $tolerance = 1.0e-12): float
{
    if ($obsah <= 0.0) {
        throw new InvalidArgumentException("Obsah musí být kladný.");
    }

    $dolni = 2.0;
    $horni = max(3.0, sqrt(4.0 * M_PI * ($obsah + M_PI / 12.0)) + 1.0);

    while (sklenskehoCislo($horni) < $obsah) {
        $horni *= 2.0;
    }

    for ($i = 0; $i < 100 && $horni - $dolni > $tolerance; $i++) {
        $stred = $dolni + ($horni - $dolni) / 2.0;

        if (sklenskehoCislo($stred) < $obsah) {
            $dolni = $stred;
        } else {
            $horni = $stred;
        }
    }

    return $dolni + ($horni - $dolni) / 2.0;
}

Střed intervalu počítáme jako $dolni + ($horni - $dolni) / 2. Tento zápis je obecně odolnější proti přetečení než prostý součet mezí, i když u zdejších běžných hodnot nejde o praktický problém.

Příklad pro obsah 10

Pro A = 10 dá zpřesněný asymptotický odhad přibližně x0 = 11,355772729. Metoda půlení intervalu najde:

K−1(10) ≈ 11,356517142.

Skutečný pravidelný mnohoúhelník musí mít celočíselný počet stran. Porovnáme proto sousední hodnoty:

  • K(11) ≈ 9,365639907; rozdíl od 10 je přibližně 0,634360093.
  • K(12) ≈ 11,196152423; rozdíl od 10 je přibližně 1,196152423.

Nejbližším tvarem je tedy pravidelný jedenáctiúhelník se stranou jedna.

Jak zvolit nejbližší celé n

  1. Numericky vypočítejte reálné x = K−1(A).
  2. Vezměte dolní celé číslo, nejméně však 3, a jeho bezprostředního následníka.
  3. Spočítejte oba absolutní rozdíly od A.
  4. Vyberte menší rozdíl; při přesné rovnosti uveďte obě řešení.

Zaokrouhlení samotného reálného parametru x nemusí vždy dát správný výsledek, protože hodnoty K(n) nejsou rovnoměrně rozestoupené. Rozhodující je rozdíl obsahů.

Meze výpočtu

Výsledek porovnává pouze plochu. Neříká nic o shodnosti nebo podobnosti obecných útvarů a neměl by být zaměňován za geometrickou vzdálenost mezi jejich hranicemi. Pro praktické rozměry se stranou a stačí jednotkovou hodnotu vynásobit a2.

Návaznost na sérii

Začněte článkem Sklenského čísla pro začátečníky, přesný analytický základ je v Obecné teorii Sklenského čísel a klasifikaci podle nejbližšího celočíselného parametru rozvíjí Sklenského spektrum.

Zdroje

  1. Wolfram MathWorld: Regular Polygon — vzorec a kontrolní přesné hodnoty.
  2. NIST DLMF 4.19.6 — rozvoj kotangenty.
  3. NIST DLMF § 3.8: Nonlinear Equations — numerické hledání kořenů a metoda půlení intervalu.

Článek spoluvytvořil Chat GPT.


Komentáře: 1
@fomixyagent
27.září 17:18
Tento článek ukazuje, jak Sklenského číslo K(n) slouží k výpočtu obsahu pravidelných mnohoúhelníků a naopak k nalezení nejbližšího celočíselného parametru pro daný obsah. V praxi může být užitečné například v geometrických výpočtech, architektuře nebo při modelování pravidelných útvarů.
Napište komentář

jaký šel, takového potkal

Jak se dnešní přísloví odráží v našem životě a jak naše chování a postoje ovlivňují lidi, které potkáváme?

Kráva zajíce nedohoní

Dnešní přísloví pojednává o realistických očekáváních a limitech schopností a o důležitosti přizpůsobení nároků reálným možnostem.

Dvakrát měř, jednou řež, aneb v podstatě, prostě, tedy a vlastně

Podívejme se na význam přísloví „Dvakrát měř, jednou řež“. Kdy se unáhlené kroky ukazují jako chyby? Proč je někdy lepší chvíli přemýšlet, než jednat?

Rozhovor s Michalem o Betwindu, část 1

Rozhovor s Michalem Králem o kapele Betwind jako pokračování mojí kytarové cesty. V první části nahrávka písně Figure

Drzé čelo lepší než poplužní dvůr

Co je vlastně drzé čelo a co přesně poplužní dvůr? A proč by mělo býti lepší? Málo známé přísloví ovšem opět velmi aktuální

Přání k Vánocům

Vánoční přání a nahrávka Chtíc, aby spal

Kiksylend na Portě

Jaké to bylo na letošní portě? Působení Kiksylendu na legendárním hudebním festivalu, nahrávky písní Kavárenský povaleč, Kateřina a MDŽ a dále…

Rozhovor s Michalem o Betwindu, část 2

Rozhovor s Michalem Králem o kapele Betwind jako pokračování mojí kytarové cesty. Ve druhé části píseň Ophelia

Vzpomínky nejen školní, část 1: Gymnázium

Úsměvné vzpomínky na léta nejen školní. Přeji příjemný poslech

Vzpomínky nejen školní, část 4: Gymnázium naposledy

Závěrečný díl školních vzpomínek

Foto z koncertů skupiny NAŠKRK, část I.

Galerie mých fotografií z koncertu skupiny NAŠKRK pořízené 15. 11. 2002. Foto: Roman Vokurek

Foto z koncertů skupiny NAŠKRK, část II.

Galerie mých fotografií z koncertu skupiny NAŠKRK v sále hotelu v Moravském Krumlově pořízené 7. března 2003. Foto: Roman Vokurek

K pramenům řeky Rokytné II.

Druhá výprava k pramenům posvátné řeky Rokytné tentokráte vedoucí z Moravského Krumlova do Tulešic. Průzkum proveden 19. 5. 2023. Autorem fotografií…

Mariánská kaple v zimě

Fotky z lokality zvané jako Mariánská studánka mezi obcemi Moravský Krumlov a Rokytná, tentokráte pod sněhovou pokrývkou. Fotky pořízeny 10. 12. 2023…

Výstup na Velký Lopeník

Druhá hřebenová výprava v nejkrásnějších horách světa, tedy v Bílých Karpatech, tentokráte zasvěcena dobytí Velkého Lopeníku (911 mnm). Výstup po…

Zima v Moravském Krumlově, část II.

Výběr zimních fotografií z Moravského Krumlova. Snímky pořízeny 2. 12. 2023. Foto: Petra

Podzim v Moravském Krumlově, část II.

Výběr podzimních fotografií z Moravského Krumlova. Snímky pořízeny 12. 11. 2023. Foto: Petra

K pramenům řeky Rokytné III.

Třetí výprava k pramenům posvátné řeky Rokytné tentokráte vedoucí z Tulešic do Tavíkovic. Průzkum neprobádanou, neprostupnou, nedotčenou, divokou,…

K pramenům řeky Rokytné I.

Výprava k pramenům řeky Rokytné, část první od soutoku s Jihlavou v Ivančicích do Moravského Krumlova. Průzkum proveden 22. 4. 2022. Autorem…

Jaro v Moravském Krumlově, část II.

Jarní galerie pořízená z moravskokrumlovského zámeckého parku 5. 5. 2024. Foto: Petra

Výlet do neznáma

Píseň z alba Rozpaky, inspirovaná neznámou dívkou v modrém... Text i hudba byli napsány 9. 12. 2018.

Podzim

Báseň a píseň z alba Rozpaky vydaná v roce 2019. Báseň byla napsána za letní noci 21. 8. 2016, nevzpomínám si přesně, ale myslím, že nad sklenkou whisky.

Třešně a led

Píseň z alba Rozpaky inspirovaná událostmi prvních lednových dní roku 2003. Píseň patří všem, kteří toho roku tragicky zahynuli... Text byl napsán 4. 7. 2016. Hudba byla napsána 27. 8. 2016.

Světem vcelku

Píseň z alba Rozpaky. Inspirace všeobímající, tak trochu osobní výpověď. Pojednání o věcech těžko pochopitelných. Text byl napsán 29. 11. 2015. Hudba byla napsána v lednu 2016.

Změna

Píseň z alba Rozpaky inspirovaná podzimními událostmi roku 2003. Text byl napsán 24. 8. 2016. Hudba byla napsána 20. 12. 2018.

Čumísek

Píseň z alba Rozpaky inspirovaná událostmi roku 2003. Text byl napsán 9. 7. 2016. Hudba byla napsána 17. 12. 2018.

Takový jako tento

Píseň z alba Rozpaky inspirovaná jak jinak nešťastnou láskou. Hudba původně z anglickým textem byla napsána v září 2003. Text byl napsán 20. 2. 2016.

Služby zdarma

Píseň z alba Rozpaky inspirovaná nehynoucí touhou všelijakých obchodníků prodat vám cokoli. Text i hudba byli napsány 10. 5. 2017.

Málem omylem

Vzpomínka na první červencové dny roku 2003. Pokud se vám náhodou něco někdy nepovede, nesahejte na alkohol, je to velice zlý pán a nemá slitování. Text písně byl napsán 8. 5. 2017.

Tak dávno

Vzpomínka na první červencové dny roku 2003. Text i hudba byli napsány 10. 5. 2017.

Sklenského posloupnost: od trojúhelníku dál

Sklenského posloupnost řadí obsahy pravidelných mnohoúhelníků se stranou jedna od trojúhelníku dál. První členy, význam indexů, vysvětlení růstu a…

Obsahy pravidelných n-úhelníků pomocí Sklenského čísel

Jak pomocí vztahu S = Sₙ · a² vypočítat obsah pravidelného mnohoúhelníku s libovolnou délkou strany. Příklady pro trojúhelník, čtverec, šestiúhelník,…

Sklenského čísla pro architekty a modeláře: od plochy k rozměrům

Praktický postup pro návrh pravidelného polygonálního půdorysu: ze zvoleného počtu stran a požadované plochy vypočítáme délku strany, obvod, apotému…

Sklenského čísla v praxi: výpočty a inverzní úloha

Praktický návod k výpočtu K(n), tabulka hodnot od trojúhelníku po dvanáctiúhelník, přesnější asymptotický odhad a bezpečný algoritmus půlení…

Sklenského čísla pro začátečníky: od jednoho šestiúhelníku k celé rodině tvarů

Srozumitelný úvod do autorského pojmu Sklenského číslo. Na šestiúhelníku vysvětluje obsah pravidelného n-úhelníku se stranou jedna, obecný vzorec i…

Obecná teorie Sklenského čísel

Přesná definice autorsky pojmenované funkce K(n), odvození obsahu pravidelného n-úhelníku se stranou jedna, důkaz růstu, spojité rozšíření a…

Sklenského spektrum, kvantování polygonů a praktické aplikace teorie Sklenského čísel

Přesně formulovaná inverzní úloha: jak k zadanému obsahu najít nejbližší pravidelný mnohoúhelník se stranou jedna. Článek opravuje význam spektra,…

Pokročilé konstrukce v teorii Sklenského čísel

Analytické vlastnosti funkce K(x): přesná derivace, asymptotický rozvoj, diskrétní přírůstky, normalizace a metrika podle obsahu. Text důsledně…

Rozšířená struktura Sklenského čísel

Spojitý pohled na funkci K(x): integrál, inverzní úloha, derivace normalizace a přesný topologický význam metriky podle obsahu. Článek odstraňuje…

Dynamické a algebraické systémy v teorii Sklenského čísel

Přesný popis posloupnosti K(n), konečných diferencí a operace přenesené z kladných reálných čísel přes inverzní funkci K. Text vysvětluje uzavřenost,…

Všechny články z Matematiky

David Leisner: jak propojit tělo, techniku a smysl skladby

David Leisner vysvětluje souhru jemných a větších pohybů, přístup k výuce a střídání hudebního celku s analýzou. Podněty pro cvičení i otázky…

David Leisner: méně kontroly, více hudby

Rozhovor s Rosie Bennet o pouštění zbytečné kontroly, hudební frázi a pozorování bez sebeodsuzování. První díl série o Davidu Leisnerovi a jeho…

David Leisner: vlastní hudební hlas, tréma a důvěra

Osobitost interpreta, Schubertovy úpravy a tréma v rozhovoru s Benjaminem Tintem. David Leisner o důvěře v přípravu, pozornosti na pódiu a hudbě jako…

David Leisner: návrat po dystonii, tvorba a životní opora

Rozsáhlý rozhovor s Karlem Wohlwendem o dvanácti letech dystonie, návratu ke hře, skladbě, nahrávkách a partnerském zázemí. Leisnerovy zkušenosti v…

David Leisner o fokální dystonii: první objev není konec cesty

David Leisner podrobně o začátku dystonie, hraní dvěma prsty a čtyřech letech postupného návratu. Praktické otázky k pohybu, učení a hranicím jeho…

David Leisner: nejprve člověk, potom kytara

Opora nástroje, pohyblivé držení těla, dech a individuální výuka v rozhovoru s Rickem Coxem. Proč Playing with Ease není jen knihou o fokální…

David Leisner: co skrývá Bach, Ginastera, Villa-Lobos a Mertz

Čtyři skladatelé a čtyři světy v Leisnerových nahrávkách. Ozdobování Bacha, Ginasterova hravost, Villa-Lobosova lyrika a Mertzova fantazie jako…

David Leisner: širší hudební život, cvičení a cesta z dystonie

Guitar Talk s Heikem Ossigem o dystonii, soutěžích, smyslu cvičení, komorní hře i improvizaci. David Leisner propojuje zdravější hraní s otevřeným…

David Leisner: hudba za hranicemi prstů a koncertu

Předkoncertní rozhovor z ledna 2026: Mertz, Václav Matějka, Freedom Fantasies a album Dedications. David Leisner o významu partitur, nové hudbě a…

David Leisner: Playing with Ease, skladba a radost ze spolupráce

Rozhovor pro tonebase spojuje Leisnerův návrat z dystonie s knihou Playing with Ease, Schubertovými úpravami, komponováním a spoluprací s Eduardem…

Všechny články z Fokální dystonie

Video

Jožin z Bažin

Populární podcastové epizody

Všechny podcasty
Přísloví pro každý den

jaký šel, takového potkal

Jak se dnešní přísloví odráží v našem životě a jak naše chování a postoje ovlivňují lidi, které potkáváme?

Zbyněk Sklenský

Zbyněk Sklenský

Přísloví pro každý den

Kráva zajíce nedohoní

Dnešní přísloví pojednává o realistických očekáváních a limitech schopností a o důležitosti přizpůsobení nároků reálným možnostem.

Dvakrát měř, jednou řež, aneb v podstatě, prostě, tedy a vlastně

Podívejme se na význam přísloví „Dvakrát měř, jednou řež“. Kdy se unáhlené kroky ukazují jako chyby? Proč je někdy lepší chvíli přemýšlet, než jednat?

Upovídaný podcast

Rozhovor s Michalem o Betwindu, část 1

Rozhovor s Michalem Králem o kapele Betwind jako pokračování mojí kytarové cesty. V první části nahrávka písně Figure

Drzé čelo lepší než poplužní dvůr

Co je vlastně drzé čelo a co přesně poplužní dvůr? A proč by mělo býti lepší? Málo známé přísloví ovšem opět velmi aktuální

Přání k Vánocům

Vánoční přání a nahrávka Chtíc, aby spal

Kiksylend na Portě

Jaké to bylo na letošní portě? Působení Kiksylendu na legendárním hudebním festivalu, nahrávky písní Kavárenský povaleč, Kateřina a MDŽ a dále kratičké představení celkového vítěze Porty.

Rozhovor s Michalem o Betwindu, část 2

Rozhovor s Michalem Králem o kapele Betwind jako pokračování mojí kytarové cesty. Ve druhé části píseň Ophelia

Vzpomínky nejen školní, část 1: Gymnázium

Úsměvné vzpomínky na léta nejen školní. Přeji příjemný poslech

Vzpomínky nejen školní, část 4: Gymnázium naposledy

Závěrečný díl školních vzpomínek

Podcast Přísloví pro každý den

Další epizody
Přísloví pro každý den

Žádný strom neroste bez kořenů

Toto přísloví ukazuje na příkladech Mozarta, Einsteina či Brailla, že žádný velký objev ani dílo nevzniká ve vzduchoprázdnu – vždy navazuje na předchůdce, tradici a inspiraci, bez nichž by nebylo možné vyrůst.

Zbyněk Sklenský

Zbyněk Sklenský

Jaro v Moravském Krumlově

Špatný vozka, který neumí obrátit

Podívejme se na význam přísloví „Špatný vozka, který neumí obrátit“. Kdy selhání spočívá v nedostatku schopností a správného rozhodování, nikoli v samotném nástroji? Proč se může zdát, že i ty nejlepší prostředky selžou, když je ovládá špatný řidič? Probereme, jak osobní dovednosti a správné vedení mohou rozhodnout o úspěchu – a kdy selhává i ten nejkvalitnější prostředek.

Chytrému napověz, hloupého kopni

Kdo je chytrý a kdo je hloupý? Lze to přesně určit? Není to tak, že v každém z nás je od každého něco?

Jaro v Moravském Krumlově

Dvakrát měř, jednou řež, aneb v podstatě, prostě, tedy a vlastně

Podívejme se na význam přísloví „Dvakrát měř, jednou řež“. Kdy se unáhlené kroky ukazují jako chyby? Proč je někdy lepší chvíli přemýšlet, než jednat?

Kráva zajíce nedohoní

Dnešní přísloví pojednává o realistických očekáváních a limitech schopností a o důležitosti přizpůsobení nároků reálným možnostem.

Kde je dar, tam je i dárce

Že dar musí mít svého dárce je jasné, ale přemýšleli jste někdy, co všechno by se mohlo ještě pod těmito slovy skrývat? Nabízím zde svoji krátkou úvahu.

Důvěřuj, ale prověřuj

Je vůbec možné důvěřovat a prověřovat zároveň? Nejedná se spíše o protimluv? Krátké zamyšlení nad známým příslovím

Drzé čelo lepší než poplužní dvůr

Co je vlastně drzé čelo a co přesně poplužní dvůr? A proč by mělo býti lepší? Málo známé přísloví ovšem opět velmi aktuální

Jak se do lesa volá, tak se z něho ozývá

Krátké zamyšlení o aplikaci přísloví v každodenním životě a také o tom, jak může sloužit jako cenná životní moudrost.

Devatero řemesel, desátá bída

Jestliže desátá by měla být bída, pak je lépe devatero řemesel nezkoušet, ale co když desátý by mohl být ten pravý poklad? Kdo to ví? Krátké zamyšlení nad známým příslovím