Podemos dividir el pentágono en 10 triángulos rectángulos, cuyos catetos miden \(a\) y \(L/2\) y con hipotenusa \(r\), siendo \(a\) la apotema del pentágono:
Los 10 triángulos son triángulos rectángulos:
Nota: el ángulo es de 54 grados porque es la mitad de uno de los ángulos interiores del pentágono (que son de 108 grados).
El área de este triángulo es
Como el pentágono está formado por 10 de estos triángulos, su área es
Sólo falta que calculemos la altura \(a\) del triángulo y esto es muy sencillo aplicando trigonometría básica:
Por tanto, la altura del triángulo (o apotema del pentágono) es
Finalmente, sustituimos \(a\) en la fórmula del área que teníamos del pentágono:
Podemos operar un poco para tener la forma exacta de la fórmula del enunciado del problema introduciendo el 5 dentro de la raíz cuadrada:
Por tanto,
Problema 2
Hallar una fórmula para calcular la apotema del pentágono regular de lado \(L\) a partir de \(L\).
Ver solución
En el problema anterior ya hemos calculado la apotema en función del lado:
Problema 3
Hallar una fórmula para calcular el radio \(r\) de la circunferencia circunscrita dado el lado \(L\) del pentágono regular o dada su apotema \(a\):
Ver solución
La hipotenusa de los 10 triángulos rectángulos iguales que conforman el pentágono regular (vistos en el problema 1) coincide exactamente con el radio de la circunferencia circunscrita. Por esta misma razón, en el problema 1 hemos denotado la hipotenusa por \(r\).
Aplicando trigonometría básica,
De donde,
Por tanto, el radio en función de la apotema es
También vimos en el problema 1 que, aplicando trigonometría básica,
De donde,
Sustituimos en la fórmula anterior:
Operando podemos obtener una fórmula más corta como la siguiente: