凸多边形外角和——赛车绕跑道行驶的隐喻演示
2011-09-27 04:18
本 GeoGebra 范例以赛车沿凸多边形跑道行驶一周为隐喻,直观演示凸多边形外角的概念及其和恒为 360° 的定理。通过旋转变换(Rotate)、向量(Vector)与扇形角(CircleSector)等构造,模拟赛车在每个顶点处的转向角度,将抽象的外角求和转化为可视化的方向累积过程。学生可观察赛车绕行一周后方向总变化恰好等于一个完整圆周角,从而深刻理解外角和的几何本质。适用于初中至高中几何教学。
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<worksheetText above="Click the "▶" button. Observe the angles turned by the car at the corners.

Drag the green points. Check the "Show Measurement" box to see the measurements of the angles." below="1. What is a + b + c + d + e, the total angles turned?

2. a, b, c, d, e are called the exterior angles of the convex pentagon ABCDE.

 In general, what is the sum of all exterior angles of a convex polygon?

3. How would you modify the result if the pentagon ABCDE is NOT convex?



Anthony Or. Education Bureau, Hong Kong. "/>
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<angleStyle val="1"/>
<value val="0"/>
<show object="true" label="true"/>
<condition showObject="t ≥ 1 ∧ t < 2"/>
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<labelOffset x="28" y="-11"/>
<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="1"/>
<arcSize val="45"/>
</element>
<command name="Angle">
<input a0="P2'" a1="P2" a2="(x(P2) + (x(B) - x(A)) / Distance[A, B], y(P2) + (y(B) - y(A)) / Distance[A, B])"/>
<output a0="β"/>
</command>
<element type="angle" label="β">
<angleStyle val="1"/>
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<condition showObject="t ≥ 3 ∧ t < 4"/>
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<layer val="0"/>
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<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="1"/>
<arcSize val="45"/>
</element>
<command name="Angle">
<input a0="P3'" a1="P3" a2="(x(P3) + (x(C) - x(B)) / Distance[B, C], y(P3) + (y(C) - y(B)) / Distance[B, C])"/>
<output a0="γ"/>
</command>
<element type="angle" label="γ">
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<condition showObject="t ≥ 5 ∧ t < 6"/>
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<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="1"/>
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</element>
<command name="Angle">
<input a0="P4'" a1="P4" a2="(x(P4) + (x(D) - x(C)) / Distance[C, D], y(P4) + (y(D) - y(C)) / Distance[C, D])"/>
<output a0="δ"/>
</command>
<element type="angle" label="δ">
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<labelMode val="2"/>
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<command name="Angle">
<input a0="P5'" a1="P5" a2="(x(P5) + (x(E) - x(D)) / Distance[E, D], y(P5) + (y(E) - y(D)) / Distance[E, D])"/>
<output a0="ε"/>
</command>
<element type="angle" label="ε">
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<command name="OrthogonalLine">
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<element type="line" label="f">
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<command name="Point">
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<element type="point" label="F">
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<command name="Midpoint">
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<command name="Vector">
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<element type="vector" label="v">
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<command name="Translate">
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</command>
<element type="point" label="P'_1">
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<command name="Translate">
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<element type="point" label="P''">
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<command name="Midpoint">
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<element type="point" label="O">
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<element type="image" label="pic1">
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<element type="boolean" label="Angles">
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<expression label="show" exp="false"/>
<element type="boolean" label="show">
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<expression label="text11" exp=""A""/>
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<expression label="text12" exp=""B""/>
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<expression label="text13" exp=""C""/>
<element type="text" label="text13">
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<expression label="text14" exp=""D""/>
<element type="text" label="text14">
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<expression label="text15" exp=""E""/>
<element type="text" label="text15">
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<labelMode val="0"/>
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<element type="boolean" label="Show">
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<command name="Segment">
<input a0="A" a1="A + ((1.5 * r) * UnitVector[Segment[E, A]])"/>
<output a0="g"/>
</command>
<element type="segment" label="g">
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<condition showObject="t ≥ 1"/>
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<outlyingIntersections val="false"/>
<keepTypeOnTransform val="true"/>
</element>
<command name="Segment">
<input a0="B" a1="B + ((1.5 * r) * UnitVector[Segment[A, B]])"/>
<output a0="h"/>
</command>
<element type="segment" label="h">
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<labelMode val="0"/>
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<outlyingIntersections val="false"/>
<keepTypeOnTransform val="true"/>
</element>
<command name="Segment">
<input a0="C" a1="C + ((1.5 * r) * UnitVector[Segment[B, C]])"/>
<output a0="i"/>
</command>
<element type="segment" label="i">
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<condition showObject="t ≥ 5"/>
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<layer val="0"/>
<labelMode val="0"/>
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<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="1"/>
<eqnStyle style="implicit"/>
<outlyingIntersections val="false"/>
<keepTypeOnTransform val="true"/>
</element>
<command name="Segment">
<input a0="D" a1="D + ((1.5 * r) * UnitVector[Segment[C, D]])"/>
<output a0="j"/>
</command>
<element type="segment" label="j">
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<condition showObject="t ≥ 7"/>
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<labelMode val="0"/>
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</element>
<command name="Segment">
<input a0="E" a1="E + ((1.5 * r) * UnitVector[Segment[D, E]])"/>
<output a0="k"/>
</command>
<element type="segment" label="k">
<show object="true" label="false" ev="4"/>
<condition showObject="t ≥ 9"/>
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<labelMode val="0"/>
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<outlyingIntersections val="false"/>
<keepTypeOnTransform val="true"/>
</element>
<command name="Angle">
<input a0="(x(A) + (x(A) - x(E)) / Distance[E, A], y(A) + (y(A) - y(E)) / Distance[E, A])" a1="A" a2="B"/>
<output a0="a"/>
</command>
<element type="angle" label="a">
<angleStyle val="0"/>
<value val="1.289594510997278"/>
<show object="false" label="true"/>
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<layer val="1"/>
<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="2" opacity="178"/>
<arcSize val="30"/>
</element>
<command name="Angle">
<input a0="(x(B) + (x(B) - x(A)) / Distance[A, B], y(B) + (y(B) - y(A)) / Distance[A, B])" a1="B" a2="C"/>
<output a0="b"/>
</command>
<element type="angle" label="b">
<angleStyle val="0"/>
<value val="1.4002350665435497"/>
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<objColor r="255" g="127" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="2" opacity="178"/>
<arcSize val="30"/>
</element>
<command name="Angle">
<input a0="(x(C) + (x(C) - x(B)) / Distance[B, C], y(C) + (y(C) - y(B)) / Distance[B, C])" a1="C" a2="D"/>
<output a0="c"/>
</command>
<element type="angle" label="c">
<angleStyle val="0"/>
<value val="0.975092909817749"/>
<show object="false" label="true"/>
<objColor r="255" g="0" b="255" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="1"/>
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<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="2" opacity="178"/>
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</element>
<command name="Angle">
<input a0="(x(D) + (x(D) - x(C)) / Distance[C, D], y(D) + (y(D) - y(C)) / Distance[C, D])" a1="D" a2="E"/>
<output a0="d"/>
</command>
<element type="angle" label="d">
<angleStyle val="0"/>
<value val="1.4793541995486457"/>
<show object="false" label="true"/>
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<layer val="1"/>
<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="2" opacity="178"/>
<arcSize val="30"/>
</element>
<command name="Angle">
<input a0="(x(E) + (x(E) - x(D)) / Distance[D, E], y(E) + (y(E) - y(D)) / Distance[D, E])" a1="E" a2="A"/>
<output a0="e"/>
</command>
<element type="angle" label="e">
<angleStyle val="0"/>
<value val="1.138908620272364"/>
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<layer val="1"/>
<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="2" opacity="178"/>
<arcSize val="30"/>
</element>
<command name="CircleSector">
<input a0="C" a1="If[c ≤ 180°, C + (r * UnitVector[Segment[B, C]]), C + (r * UnitVector[Segment[C, D]])]" a2="If[c ≤ 180°, D, C + (r * UnitVector[Segment[B, C]])]"/>
<output a0="c'"/>
</command>
<element type="conicpart" label="c'">
<show object="true" label="true" ev="4"/>
<condition showObject="t ≥ 6"/>
<objColor r="255" g="0" b="255" alpha="0.20000000298023224"/>
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<labelMode val="3"/>
<algebra labelVisible="false"/> <lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="1"/>
<eigenvectors x0="1" y0="0" z0="1.0" x1="0" y1="1" z1="1.0"/>
<matrix A0="1" A1="1" A2="10.884736007810538" A3="0" A4="0.5733788395904437" A5="-3.3303085299455537"/>
<eqnStyle style="implicit"/>
<outlyingIntersections val="false"/>
<keepTypeOnTransform val="true"/>
<caption val="c"/>
</element>
<expression label="a0" exp="a" />
<element type="angle" label="a0">
<angleStyle val="1"/>
<value val="1.289594510997278"/>
<show object="false" label="true" ev="4"/>
<objColor r="0" g="100" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="2" opacity="178"/>
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</element>
<expression label="b0" exp="b" />
<element type="angle" label="b0">
<angleStyle val="1"/>
<value val="1.4002350665435497"/>
<show object="false" label="true" ev="4"/>
<objColor r="0" g="100" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="2" opacity="178"/>
<arcSize val="30"/>
</element>
<expression label="c0" exp="c" />
<element type="angle" label="c0">
<angleStyle val="1"/>
<value val="0.975092909817749"/>
<show object="false" label="true" ev="4"/>
<objColor r="0" g="100" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
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<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="2" opacity="178"/>
<arcSize val="30"/>
</element>
<expression label="d0" exp="d" />
<element type="angle" label="d0">
<angleStyle val="1"/>
<value val="1.4793541995486457"/>
<show object="false" label="true" ev="4"/>
<objColor r="0" g="100" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="2" opacity="178"/>
<arcSize val="30"/>
</element>
<expression label="e0" exp="e" />
<element type="angle" label="e0">
<angleStyle val="1"/>
<value val="1.138908620272364"/>
<show object="false" label="true" ev="4"/>
<objColor r="0" g="100" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="2"/>
<lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="2" opacity="178"/>
<arcSize val="30"/>
</element>
<expression label="text1" exp=""a = " + a0 + """ />
<element type="text" label="text1">
<show object="true" label="false" ev="8"/>
<condition showObject="t ≥ 2 ∧ Angles"/>
<objColor r="0" g="0" b="255" alpha="0"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="0"/>
<algebra labelVisible="false"/> <fixed val="true"/>
<absoluteScreenLocation x="716" y="162"/>
</element>
<expression label="text2" exp=""b = " + b0 + """ />
<element type="text" label="text2">
<show object="true" label="false" ev="8"/>
<condition showObject="t ≥ 4 ∧ Angles"/>
<objColor r="255" g="127" b="0" alpha="0"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="0"/>
<algebra labelVisible="false"/> <fixed val="true"/>
<absoluteScreenLocation x="716" y="206"/>
</element>
<expression label="text3" exp=""c = " + c0 + """ />
<element type="text" label="text3">
<show object="true" label="false" ev="8"/>
<condition showObject="t ≥ 6 ∧ Angles"/>
<objColor r="255" g="0" b="255" alpha="0"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="0"/>
<algebra labelVisible="false"/> <fixed val="true"/>
<absoluteScreenLocation x="716" y="250"/>
</element>
<expression label="text4" exp=""d = " + d0 + """ />
<element type="text" label="text4">
<show object="true" label="false" ev="8"/>
<condition showObject="t ≥ 8 ∧ Angles"/>
<objColor r="0" g="100" b="0" alpha="0"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="0"/>
<algebra labelVisible="false"/> <fixed val="true"/>
<absoluteScreenLocation x="716" y="294"/>
</element>
<expression label="text5" exp=""e = " + e0 + """ />
<element type="text" label="text5">
<show object="true" label="false" ev="8"/>
<condition showObject="t ≥ 10 ∧ Angles"/>
<objColor r="255" g="0" b="0" alpha="0"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="0"/>
<algebra labelVisible="false"/> <fixed val="true"/>
<absoluteScreenLocation x="716" y="338"/>
</element>
<command name="CircleSector">
<input a0="A" a1="If[a ≤ 180°, A + (r * UnitVector[Segment[E, A]]), A + (r * UnitVector[Segment[A, B]])]" a2="If[a ≤ 180°, B, A + (r * UnitVector[Segment[E, A]])]"/>
<output a0="a'"/>
</command>
<element type="conicpart" label="a'">
<show object="true" label="true" ev="4"/>
<condition showObject="t ≥ 2"/>
<objColor r="0" g="0" b="255" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="0"/>
<labelOffset x="2" y="3"/>
<labelMode val="3"/>
<algebra labelVisible="false"/> <lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="1"/>
<eigenvectors x0="1" y0="0" z0="1.0" x1="0" y1="1" z1="1.0"/>
<matrix A0="1" A1="1" A2="4.465017809492339" A3="0" A4="-1" A5="2"/>
<eqnStyle style="implicit"/>
<outlyingIntersections val="false"/>
<keepTypeOnTransform val="true"/>
<caption val="a"/>
</element>
<command name="CircleSector">
<input a0="B" a1="If[b ≤ 180°, B + (r * UnitVector[Segment[A, B]]), B + (r * UnitVector[Segment[B, C]])]" a2="If[b ≤ 180°, C, B + (r * UnitVector[Segment[A, B]])]"/>
<output a0="b'"/>
</command>
<element type="conicpart" label="b'">
<show object="true" label="true" ev="4"/>
<condition showObject="t ≥ 4"/>
<objColor r="255" g="153" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="0"/>
<labelOffset x="-14" y="-2"/>
<labelMode val="3"/>
<algebra labelVisible="false"/> <lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="1"/>
<eigenvectors x0="1" y0="0" z0="1.0" x1="0" y1="1" z1="1.0"/>
<matrix A0="1" A1="1" A2="8.139460314517645" A3="0" A4="-2.1569965870307164" A5="-2.0054446460980038"/>
<eqnStyle style="implicit"/>
<outlyingIntersections val="false"/>
<keepTypeOnTransform val="true"/>
<caption val="b"/>
</element>
<command name="CircleSector">
<input a0="D" a1="If[d ≤ 180°, D + (r * UnitVector[Segment[C, D]]), D + (r * UnitVector[Segment[D, E]])]" a2="If[d ≤ 180°, E, D + (r * UnitVector[Segment[C, D]])]"/>
<output a0="d'"/>
</command>
<element type="conicpart" label="d'">
<show object="true" label="true" ev="4"/>
<condition showObject="t ≥ 8"/>
<objColor r="0" g="100" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="0"/>
<labelOffset x="-15" y="31"/>
<labelMode val="3"/>
<algebra labelVisible="false"/> <lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="1"/>
<eigenvectors x0="1" y0="0" z0="1.0" x1="0" y1="1" z1="1.0"/>
<matrix A0="1" A1="1" A2="20.317993842550212" A3="0" A4="4.430909090909093" A5="-1.104545454545454"/>
<eqnStyle style="implicit"/>
<outlyingIntersections val="false"/>
<keepTypeOnTransform val="true"/>
<caption val="d"/>
</element>
<command name="CircleSector">
<input a0="E" a1="If[e ≤ 180°, E + (r * UnitVector[Segment[D, E]]), E + (r * UnitVector[Segment[E, A]])]" a2="If[e ≤ 180°, A, E + (r * UnitVector[Segment[D, E]])]"/>
<output a0="e'"/>
</command>
<element type="conicpart" label="e'">
<show object="true" label="true" ev="4"/>
<condition showObject="t ≥ 10"/>
<objColor r="255" g="0" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="0"/>
<labelOffset x="4" y="20"/>
<labelMode val="3"/>
<algebra labelVisible="false"/> <lineStyle thickness="5" type="0" typeHidden="1"/>
<eigenvectors x0="1" y0="0" z0="1.0" x1="0" y1="1" z1="1.0"/>
<matrix A0="1" A1="1" A2="12.46501780949234" A3="0" A4="3" A5="2"/>
<eqnStyle style="implicit"/>
<outlyingIntersections val="false"/>
<keepTypeOnTransform val="true"/>
<caption val="e"/>
</element>
<command name="Corner">
<input a0="1"/>
<output a0="I"/>
</command>
<element type="point" label="I">
<show object="false" label="false"/>
<objColor r="68" g="68" b="68" alpha="0"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="0"/>
<coords x="-8.018244013683011" y="-5.018214936247723" z="1"/>
<pointSize val="4"/>
<pointStyle val="0"/>
</element>
<command name="Corner">
<input a0="3"/>
<output a0="J"/>
</command>
<element type="point" label="J">
<show object="false" label="false"/>
<objColor r="68" g="68" b="68" alpha="0"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="0"/>
<coords x="8.018244013683011" y="5.018214936247723" z="1"/>
<pointSize val="4"/>
<pointStyle val="0"/>
</element>
<expression label="K" exp="(I + J) / 2" type="point" />
<element type="point" label="K">
<show object="false" label="false" ev="4"/>
<objColor r="68" g="68" b="68" alpha="0"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="0"/>
<coords x="0" y="0" z="1"/>
<pointSize val="4"/>
<pointStyle val="0"/>
</element>
<command name="Corner">
<input a0="5"/>
<output a0="pixelnos"/>
</command>
<element type="point" label="pixelnos">
<show object="false" label="false"/>
<objColor r="68" g="68" b="68" alpha="0"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="0"/>
<coords x="877" y="549" z="1"/>
<pointSize val="4"/>
<pointStyle val="0"/>
</element>
<element type="numeric" label="s">
<value val="0"/>
<show object="true" label="true"/>
<condition showObject="reached ≠ 0 ∧ convex"/>
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
<layer val="1"/>
<labelOffset x="-7" y="0"/>
<labelMode val="3"/>
<slider min="0" max="1" absoluteScreenLocation="true" width="200" x="350" y="35" fixed="true" horizontal="true" showAlgebra="true"/>
<lineStyle thickness="10" type="0" typeHidden="1"/>
<animation step="0.01" speed="1" type="0" playing="false"/>
<ggbscript onUpdate="ZoomIn[xmin, ymin, xmax, ymax]"/>
<caption val="縮小看看"/>
</element>
<command name="If">
<input a0="s ≤ 0.5" a1="(-8 * (1 - (2 * s))) - (80 * s)" a2="(-40 * (1 - (2 * (s - 0.5)))) - (1120 * (s - 0.5))"/>
<output a0="xmin"/>
</command>
<element type="numeric" label="xmin">
<value val="-8"/>
<symbolic val="true" />
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
</element>
<expression label="xmax" exp="(-xmin)" />
<element type="numeric" label="xmax">
<value val="8"/>
<symbolic val="true" />
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
</element>
<command name="If">
<input a0="s ≤ 0.5" a1="(-5 * (1 - (2 * s))) - (50 * s)" a2="(-25 * (1 - (2 * (s - 0.5)))) - (700 * (s - 0.5))"/>
<output a0="ymin"/>
</command>
<element type="numeric" label="ymin">
<value val="-5"/>
<symbolic val="true" />
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
</element>
<expression label="ymax" exp="(-ymin)" />
<element type="numeric" label="ymax">
<value val="5"/>
<symbolic val="true" />
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="0.10000000149011612"/>
</element>
<expression label="reached" exp="false"/>
<element type="boolean" label="reached">
<value val="false"/>
<show object="false" label="true"/>
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="0"/>
<layer val="0"/>
<labelMode val="0"/>
<checkbox fixed="true"/>
</element>
<command name="If">
<input a0="a + b + c + d + e ≟ 360°" a1="true" a2="false"/>
<output a0="convex"/>
</command>
<element type="boolean" label="convex">
<value val="true"/>
<show object="false" label="true"/>
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="0"/>
<layer val="0"/>
<labelMode val="0"/>
<checkbox fixed="true"/>
</element>
<element type="boolean" label="animate">
<value val="false"/>
<show object="false" label="true"/>
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="0"/>
<layer val="0"/>
<labelMode val="0"/>
<checkbox fixed="true"/>
</element>
<element type="button" label="button1">
<show object="true" label="true"/>
<condition showObject="(¬animate) ∧ t' < 10.5"/>
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="1"/>
<layer val="1"/>
<labelOffset x="354" y="466"/>
<labelMode val="0"/>
<fixed val="true"/>
<auxiliary val="true"/>
<ggbscript val="SetValue[animate, !animate]
show = true
StartAnimation[t', animate]"/>
<font serif="false" sizeM="2" size="20" style="0"/>
<file name="geogebra/main/nav_play.png"/>
</element>
<element type="button" label="button2">
<show object="true" label="true"/>
<condition showObject="animate ≠ 0 ∧ t' < 10.5"/>
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="1"/>
<layer val="1"/>
<labelOffset x="354" y="466"/>
<labelMode val="0"/>
<fixed val="true"/>
<auxiliary val="true"/>
<ggbscript val="SetValue[animate, !animate]
show = true
StartAnimation[t', animate]"/>
<font serif="false" sizeM="2" size="20" style="0"/>
<file name="geogebra/main/nav_pause.png"/>
</element>
<element type="button" label="button3">
<show object="true" label="true"/>
<condition showObject="t' > 0.5"/>
<objColor r="0" g="0" b="0" alpha="1"/>
<layer val="1"/>
<labelOffset x="409" y="466"/>
<labelMode val="0"/>
<fixed val="true"/>
<auxiliary val="true"/>
<ggbscript val="t'=0.5
animate=false"/>
<font serif="false" sizeM="2" size="20" style="0"/>
<file name="geogebra/gui/images/nav_skipback.png"/>
</element>
<expression label="text6" exp=""" + (If[convex, "a + b + c + d + e = ?", "a、b、c、d、e 有甚麼關係?"]) + """ />
<element type="text" label="text6">
<show object="true" label="false" ev="8"/>
<condition showObject="reached ≠ 0"/>
<objColor r="220" g="20" b="60" alpha="0"/>
<layer val="1"/>
<labelMode val="0"/>
<algebra labelVisible="false"/> <fixed val="true"/>
<font serif="false" sizeM="1.4" size="8" style="1"/>
<absoluteScreenLocation x="18" y="44"/>
</element>
</construction>
</geogebra>