Mostra la font per a Quadrat (polígon)

{{infotaula polítop}}
[[Fitxer:Square (polygon).png|miniatura|Un quadrat de costat de longitud <math>a</math>.]]
Un '''quadrat''' és un [[polígon regular]] de quatre costats iguals amb [[angle (geometria)|angles]] rectes (de 90°), és a dir, els seus quatre costats tenen la mateixa longitud i els seus quatre angles la mateixa mesura. Un quadrat és alhora un [[rombe]]. El fet d'imposar que, a més de tenir els quatre costats iguals i els quatre angles iguals, els angles hagin de ser de 90°, fa que només puguin existir quadrats en [[geometria euclidiana]]. Per poder estendre el concepte de quadrat a geometries no euclidianes cal relaxar la condició que els angles siguin de 90° i imposar només que siguin tots iguals.

El quadrat posseeix nombroses propietats de [[simetria]] i de regularitat. Tot quadrat té quatre [[eix de simetria|eixos de simetria]] i és [[invariant]] per rotacions d'angles múltiples del recte. Dos costats consecutius d'un quadrat són [[perpendicularitat|perpendiculars]], igual com les seves [[diagonal]]s. Aquestes propietats són conegudes des de l'antiguitat; de fet, les primeres representacions del quadrat daten de la prehistòria. És, juntament amb la [[circumferència]] i el [[triangle]], una de les figures geomètriques més estudiades des de l'antiguitat. El problema de la [[quadratura del cercle]] ha ocupat nombrosos matemàtics durant dos mil·lennis. El quadrat forma part de la figura descrita per [[Ramon Llull]] a ''La quadratura del cercle''.

El «[[quadrat (àlgebra)|quadrat d'un nombre]]» designa també el producte d'aquest nombre per ell mateix. Es denota ''a'' × ''a'' = ''a''² i es llegeix «al quadrat» o «a quadrat». Aquesta expressió s'ha imposat durant el període on l'[[àlgebra geomètrica]] era omnipresent: el quadrat d'un nombre era vist com la superfície d'un quadrat de costat el nombre inicial.

== Història ==
[[Fitxer:Ybc7289-bw.jpg|miniatura|La tauleta d'argila [[YBC 7289]] data aproximadament del [[1700 aC]] i representa un quadrat amb les seves diagonals amb un valor proper a 2 (Crèdits: Bill Casselman).]]
S'han documentat atuells decorats amb quadrats datats del [[mil·lenni VI aC]] a [[Mesopotàmia]].<ref name="Eleanor">Eleanor Robson 2008</ref>

Hi ha tauletes que demostren el coneixement de les simetries i rotacions del quadrat cap al [[segle XVIII aC]]. La tauleta BM 15285 conté una quarantena de problemes matemàtics en relació amb àrees de figures vinculades a quadrats.<ref name="Eleanor"/>

El [[Talmud de Babilònia|Talmud]] recomana construir ciutats de forma quadrada, sigui quina sigui la forma del seu recinte.<ref>{{Cita llibre|títol =La Bible: traduction nouvelle|coautors=Salomon Munk, Tanchum ben Joseph, Leopold Dukes, Isidore Cahen|data=1833}}</ref>

== Propietats ==
=== Propietats genèriques ===
* És el [[polígon regular]] de quatre costats.
* Les cares oposades d'un quadrat són paral·leles entre si.
* Un quadrat és un cas particular de [[rectangle]], [[rombe]], [[paral·lelogram]], [[trapezi]] i [[quadrilàter]].
* Les dues [[diagonal]]s que el creuen són iguals i es troben al mig de la figura, propietat que s'acompleix també en determinats [[rombe]]s.
* Les dues diagonals són les [[bisectriu]]s dels seus angles.
* La longitud d'una diagonal és <math>\sqrt{2}</math> vegades la longitud d'un costat. Aquest valor, conegut com la constant de [[Pitàgores]], va ser el primer nombre irracional que es va conèixer.
* Si un quadrilàter és alhora un rombe i un rectangle, llavors és un quadrat.
* El quadrat té l'àrea més gran que qualsevol altre quadrilàter amb el mateix perímetre.

{{Caixa desplegable|títol=Demostració|contingut=
'''És el [[polígon regular]] de quatre costats.'''

Regular vol dir que els quatre costats són iguals i els quatre angles també. Per tant, només cal demostrar que en geometria euclidiana els angles han de ser de 90 °.

Traçant una diagonal s'obtenen dos [[triangle]]s. Com que la suma dels angles de cada triangle és 180 ° (vegeu [[triangle#Suma dels angles d'un triangle|Suma dels angles d'un triangle]]), la suma dels angles interns de qualsevol quadrilàter ha de ser 180 ° + 180 ° = 360 ° i com que en el quadrilàter regular tots quatre han de ser iguals, cada un ha de mesurar 360 °/4 = 90 °. Per tant, el [[polígon]] regular de quatre costats és el quadrat.

'''Les cares oposades són paral·leles entre si.'''

Com que tots els angles són de 90 graus, les cares oposades tallen a qualsevol de les altres cares formant els mateixos angles, per tant són paral·leles.

'''El quadrat és un cas particular de:'''

* Rectangle. Quan les cares tenen la mateixa mida.
* [[Rombe]]. Quan els angles són de 90 °
* Paral·lalogram. Quan les cares tenen la mateixa mida i els angles són de 90 °
* Trapeci. Quan les cares tenen la mateixa mida i els angles són de 90 °
* Quadrilater. Quan les cares tenen la mateixa mida i els angles són de 90 °

'''Les diagonals són iguals i es troben al mig.'''

# ''Són iguals''. Cada diagonal forma amb dos costats un triangle rectangle isòsceles del qual n'és la hipotenusa, per tant els dos angles que forma la diagonal amb cada un dels costats han de ser iguals a (180 °-90 °)/2 = 45 °. En conseqüència les dues diagonals formen [[triangle]]s semblants (tenen els mateixos angles) i un dels seus costats té la mateixa longitud (costat comú). El que permet concloure que els altres costats també han de ser iguals i, per tant, les diagonals han de ser iguals.
# ''Es troben al mig''. Les dues diagonals i un costat formen un triangle, cada diagonal forma un angle de 45 ° amb el costat, per tant és un triangle isòsceles, com que això passa amb els quatre triangles que es formen entre les diagonals i cada un dels quatre costats, la distància entre qualsevol vèrtex i el punt on es creuen les diagonals ha de ser sempre la mateixa.

'''Les diagonals són bisectrius dels seus angles.'''
Ja s'ha vist abans que les diagonals formen angles de 45 °, com que els angles que tallen són de 90 °, en són les bisectrius (45 ° = 90 °/2).

[[Fitxer:Teorema de Pitàgores. Cas particular de triangle rectangle isòsceles.PNG|miniatura|Demostració que longitud de la diagonal és <math>\sqrt{2}</math> la longitud del costat]]
'''La longitud d'una diagonal és <math>\sqrt{2}</math> vegades la longitud d'un costat'''
Es pot veure pel [[teorema de Pitàgores]], que Euclides demostra directament. Però pel cas del quadrat hi ha una demostració més senzilla que presenta el matemàtic català [[Savasorda]] en el seu ''Llibre de geometria'' abans de demostrar el teorema de Pitàgores pel cas general.

N'hi ha prou amb dibuixar el quadrat de la diagonal i observar que el triangle que forma la diagonal amb dos costats és una quarta part del quadrat de la diagonal, per tant el quadrat original (vermell) és la meitat del quadrat de la diagonal (blau) o, cosa que és el mateix el quadrat de la diagonal és el doble que el quadrat. Per tant, la longitud de la diagonal és <math>\sqrt{2}</math> la longitud del costat.

'''Si un quadrilàter és alhora un [[rombe]] i un rectangle llavors és un quadrat.'''

Si és un rombe té els quatre costats iguals, si és un rectangle els quatre angles són angles rectes i el quadrilàter de quatre costats iguals i quatre angles rectes és per definició el quadrat.

'''El quadrat té l'àrea més gran que qualsevol altre quadrilàter amb el mateix perímetre.'''

Aquesta afirmació és fàcil d'acceptar intuïtivament però la seva demostració matemàtica no és trivial. Una demostració es pot fer seguint tres passos:
# Es demostra que prenent una diagonal i dos costats, de tots els [[triangle]]s limitats per la diagonal i dos costats que mantenen constant la suma de les longituds dels dos costats el que té àrea màxima és el que té els dos costats de la mateixa longitud.
# Aplicant aquest principi a les dues diagonals és evident que donat un quadrilàter no isòsceles sempre es pot trobar un altre quadrilàter isòsceles que tingui el mateix perímetre que el primer quadrilàter i una àrea més gran.
# Llavors només cal veure que de tots els quadrilàters isòsceles el quadrat és el que té l'àrea més gran.
[[Fitxer:Triangle format per una diagonal i dos costats de longitud L.PNG|miniatura|Triangle format per una diagonal i dos costats. La suma de les longituds dels dos costats és constant igual a L.]]

A la figura de la dreta s'ha representat el triangle que resulta de tallar un quadrilàter qualsevol per una de les seves diagonals. L'àrea d'aquest quadrilàter serà la meitat del producte de la base per l'altura, per tant de tots els triangles possibles que conservin constant la suma de les longituds d'aquests dos costats, el que tindrà major àrea serà el que tingui major altura. Llavors n'hi ha prou amb trobar quin és el que té una altura màxima.

Aplicant les fórmules de [[resolució de triangles]] pel cas en què es coneixen els [[resolució de triangles#Els tres costats|tres constats]] es troba que el cosinus de l'angle α és:

:<math>\cos \alpha =\frac{l^{2}+D^{2}-\left(L-l \right)^{2}}{2lD}</math>

i operant resulta:

:<math>\begin{align}
 \cos \alpha &=\frac{l^{2}+D^{2}-\left(L^{2}-2lL+l^{2} \right)}{2lD} \\ 
 & =\frac{D^{2}-L^{2}+2lL}{2lD} \\ 
\end{align}</math>

per tant:

:<math>\begin{align}
 \sin ^{2}\alpha &=1-\cos ^{2}\alpha \\ 
 & =1-\frac{\left(D^{2}-L^{2}+2lL \right)^{2}}{4l^{2}D^{2}} \\ 
 & =\frac{4l^{2}D^{2}-\left(D^{2}-L^{2}+2lL \right)^{2}}{4l^{2}D^{2}} \\ 
\end{align}</math>

Com que l'altura és sempre un nombre positiu, trobar en quen cas l'altura és màxima és el mateix que trobar en qun cas l'altura al quadrat és màxima, i l'altura al quadrat és:

:<math>\begin{align}
 h^{2}&=l^{2}\sin ^{2}\alpha \\ 
 & =\frac{4l^{2}D^{2}-\left(D^{2}-L^{2}+2lL \right)^{2}}{4D^{2}} \\ 
\end{align}</math>

Derivant ''h''² respecte de ''l'' s'obté:

:<math>\frac{d\left(h^{2} \right)}{dl}=\frac{8lD^{2}-2\left(D^{2}-L^{2}+2lL \right)2L}{4D^{2}}</math>

I igualant a zero la derivada, per tal de trobar el valor de ''l'' que fa que ''h''² sigui màxim resulta:

:<math>\begin{align}
 & \frac{8lD^{2}-2\left(D^{2}-L^{2}+2lL \right)2L}{4D^{2}}=0 \\ 
 & 8lD^{2}-4D^{2}L+4L^{3}-8lL^{2}=0 \\ 
 & 8\left(D^{2}-L^{2} \right)l=4\left(D^{2}-L^{2} \right)L \\ 
 & l=\frac{4\left(D^{2}-L^{2} \right)L}{8\left(D^{2}-L^{2} \right)} \\ 
 & l=\frac{L}{2} \\ 
\end{align}</math>

Per tant, l'àrea és màxima quan els dos costats tenen la mateixa longitud.

Si en un quadrilàter qualsevol, es manté constant una diagonal, es pot obtenir un altre quadrilàter amb major àrea i igual perímetre si a cada cantó de la diagonal es modifiquen les longituds dels costats de forma que la suma de longituds es mantingui constant i que els dos costats tinguin la mateixa longitud. Si un cop fet això es repeteix el mateix procediment amb l'altra diagonal del quadrilàter resultant, llavors s'obté un quadrilàter isòsceles: que té tots quatre costats de la mateixa longitud.

Només cal veure que de tots els quadrilàters isòsceles el de màxima àrea és el quadrat. Com que l'àrea d'un quadrilàter isòsceles és el producte d'una base per l'altura. La base és la longitud del costat i l'altura és la longitud del costat pel sinus de l'angle. Per tant, l'àrea serà màxima quan l'altura sigui màxima i l'altura serà màxima quant el sinus de l'angle sigui màxim. El sinus màxim és 1 i correspon al l'angle de 90 °. Per tant, amb un perímetre donat, el quadrilàter que tanca la màxima àrea és el quadrat.
}}

=== Simetries ===
Sia O el punt on es creuen les dues diagonals del quadrat.

El quadrat és invariant respecte les [[rotació (matemàtiques)|rotacions]] de centre O i d'[[angle]]s π/4, π/2 o π3/4; la rotació d'angle π/2 equival a una [[simetria central]]: el quadrat té per tant O com a [[centre de simetria]]. És invariant per [[simetria axial]] respecte de les [[bisectriu]]s dels costats i respecte de les diagonals. El seu grup de simetria és el [[grup dièdric]] D₄.

Tota recta que passa per O divideix el quadrat en dues parts que es poden superposar.

{|class=wikitable border=1 style="text-align:center; margin:0 auto .5em auto;"
|-
| [[Fitxer:Group D8 id.svg|140px|Id]] <br /> id (deixar-ho com estava) || [[Fitxer:Group D8 90.svg|140px|rotació de 90 °]] <br /> r<sub>1</sub> (rotació de 90 ° a la dreta) || [[Fitxer:Group D8 180.svg|140px|rotació de 180 °]] <br /> r₂ (rotació de 180 ° a la dreta) || [[Fitxer:Group D8 270.svg|140px|rotació de 270 °]] <br /> r₃ (rotació de 270 ° a la dreta)
|-
| [[Fitxer:Group D8 fv.svg|140px|f<sub>v</sub> (reflexió vertical)]] <br /> f<sub>v</sub> (reflexió vertical) || [[Fitxer:Group D8 fh.svg|140px|fh (reflexió horitzontal)]] <br /> f<sub>h</sub> (reflexió horitzontal)|| [[Fitxer:Group D8 f13.svg|140px|fd (reflexió diagonal)]] <br /> f<sub>d</sub> (reflexió diagonal) || [[Fitxer:Group D8 f24.svg|140px|fc (reflexió contradiagonal)]] <br /> f<sub>c</sub> (reflexió contradiagonal)
|-
|style="text-align:left" colspan=4 | Els elements del grup de simetria del quadrat (D₄). Els vèrtexs es pinten i es numeren només per visualitzar les operacions.
|}

Aquest grup es pot representar amb les següents vuit matrius:

:<math>\begin{matrix}
R_0=\bigl(\begin{smallmatrix}1&0\\[0.2em]0&1\end{smallmatrix}\bigr), &
R_1=\bigl(\begin{smallmatrix}0&-1\\[0.2em]1&0\end{smallmatrix}\bigr), &
R_2=\bigl(\begin{smallmatrix}-1&0\\[0.2em]0&-1\end{smallmatrix}\bigr), &
R_3=\bigl(\begin{smallmatrix}0&1\\[0.2em]-1&0\end{smallmatrix}\bigr), \\[1em]
S_0=\bigl(\begin{smallmatrix}1&0\\[0.2em]0&-1\end{smallmatrix}\bigr), &
S_1=\bigl(\begin{smallmatrix}0&1\\[0.2em]1&0\end{smallmatrix}\bigr), &
S_2=\bigl(\begin{smallmatrix}-1&0\\[0.2em]0&1\end{smallmatrix}\bigr), &
S_3=\bigl(\begin{smallmatrix}0&-1\\[0.2em]-1&0\end{smallmatrix}\bigr).
\end{matrix}</math>

=== Propietats relatives a mesures de longituds i àrees ===
[[Fitxer:Five Squared.svg|miniatura|Figura per ilustrar la fórmula de l'àrea del quadrat]]
A la taula de més avall es presenta el resum de les fórmules pel quadrat de costat de longitud ''a'', aquestes fórmules resulten de les següents observacions:
* La fórmula de l'àrea s'explica observant la figura de la dreta. L'àrea de qualsevol rectangle és el producte de la base per l'altura, com que en el cas del quadrat tots els costats són iguals, l'àrea és el producte de la longitud del costat per si mateix, és a dir elevat a la segona potència. Per aquest motiu, elevar a la segona potència, s'anomena elevar al quadrat.
* La fórmula del perímetre és immediata per definició de quadrat, té quatre costats i tots quatres són d'igual longitud.
* La fórmula de la diagonal és conseqüència del [[teorema de Pitàgores]] aplicat al [[triangle]] que forma la diagonal amb dos dels costats.
* El radi de la circumferència circumscrita resulta de què el seu diàmetre és igual a la diagonal del quadrat.
* El radi de la circumferència inscrita resulta de què el seu diàmetre és igual a la longitud del costat del quadrat.
[[Fitxer:In square.png|miniatura|esquerra|• '''Color negre''' - quadrat, <br />• <span style="color:blue">Color blau</span>: [[Circumferència circumscrita]];<br /> • <span style="color:brown">Color marró</span>: [[Circumferència inscrita]]]]
:{| class=wikitable
|----
! bgcolor="#c0c0ff" colspan=3 align=center | Fórmules del quadrat
|----
! align=left | [[Àrea]]
| <math>A \, = \, a^2= a \cdot a</math>

<math>A \, = \, \frac{d^2}{2}</math>
|----
! align=left | [[Perímetre]]
| <math>p \, = \, 4 \cdot a</math>
|----
! align=left | [[Diagonal]]
| <math>d \, = \, a \cdot \sqrt{2}</math>
|----
! align=left | Radi de la [[circumferència circumscrita]]
|<math>R \, = \, \frac{a}{2} \cdot \sqrt{2} = \frac{a}{\sqrt{2}}</math>
|----
! align=left | Radi de la [[circumferència inscrita]]
|<math>r \, = \, \frac{1}{2} \cdot a \, = \, \frac{a}{2}</math>
|}
{{-}}

== Construcció del quadrat ==
=== Demostració constructiva de l'existència del quadrat ===
[[Fitxer:Building a square Euclid prop. 47.PNG|miniatura|Demostració constructiva de l'existència del quadrat.]]
[[Euclides]] dona una demostració constructiva de l'existència del quadrat a la proposició 46 del llibre I dels [[Elements d'Euclides|Elements]],<ref>[http://www.euclides.org/menu/elements_cat/01/proposicionsllibre1.htm#Proposici%F3%2046 Construcció d'un quadrat sobre un segment donat] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110709052118/http://www.euclides.org/menu/elements_cat/01/proposicionsllibre1.htm#Proposici%F3%2046 |date=2011-07-09}} Els elements. Euclides. Proposició 46. Llibre I</ref> just abans de fer servir els quadrats per demostrar el [[teorema de Pitàgores]]. En la tradició didàctica moderna l'existència dels quadrats, generalment, es dona per suposada.

La demostració d'Euclides es basa en traçar les perpendiculars a un segment en els seus extrems (vegeu imatge de la dreta). Donat el segment '''AB''', es perllonga pels dos cantons i es tracen les circumferències amb centre a '''A''' i '''B''' i radi '''AB''' per tal de trobar els punts '''C''' i '''D'''. Llavors es tracen l'arc amb centre a '''B''' i radi '''BC''' i l'arc amb centre a '''C''' i radi '''BC'''. On s'intersequen aquests dos arcs es troba el punt '''E''' que permet traçar una perpendicular a '''AB''' que passa pel punt '''A'''. Seguint el mateix procediment es troba el punt '''F''' que permet traçar la perpendicular a '''AB''' que passa pel punt '''B''' La intersecció d'aquestes perpendiculars amb les circumferències amb radi '''AB''' i centre a '''A''' i '''B''' respectivament, permet trobar els punts '''G''' i '''H'''.

Per construcció, el quadrilàter '''ABGH''' construït seguint aquest procediment compleix les següents propietats: Les distàncies '''AB''', '''AG''' i '''AH''' són iguals i els angles '''GAB''' i '''ABH''' són de 90 °. Però per acceptar que la distància entre els dos punts nous '''G''' i '''H''' és igual a la del segment original i que els angles '''AGH''' i '''GHB''' també són de 90 °, cal admetre el [[cinquè postular d'Euclides|cinquè postulat]]. Per tant, l'existència de quadrats no està pas garantida en la [[geometria no euclidiana]].

=== Construcció del quadrat amb compàs ===
La construcció del quadrat amb compàs consisteix en trobar els seus quatre vèrtex sense fer servir el regle.
[[Fitxer:Square with compass only.svg|Construcció d'un quadrat amb compàs]]

Es desitja construir el quadrat de vèrtex ABCD coneixent només els punts A i B. Sia R la distància entre A i B; llavors, es procedeix com segueix:

* Es traça ''C''<sub>1</sub>, la circumferència de centre A i de radi R (que, per tant, conté B)

<math>\Rightarrow</math> es té un tercer punt del quadrat sobre aquesta corba.

* Es traça ''C''₂ la circumferència de centre B i de radi R (que, per tant, conté A)

<math>\Rightarrow</math> el quart punt del quadrat es troba sobre aquesta corba.

* Sia G el punt d'intersecció de ''C''<sub>1</sub> amb ''C''₂; es construeix llavors ''C''₃ centrat a G i de radi R. Aquest circumferència intersecta ''C''<sub>1</sub> a B i en un altre punt H.
* ''C''₄, de centre H i de radi R, interseca ''C''<sub>1</sub> a G i en un nou punt I.
* Sia S la distància entre G i I; es construeix llavors ''C''₅ de centre I i de radi S (conté per força G).
* ''C''₆ s'obté prenent per centre B i per a radi S (conté per força H). Es determina J com el punt d'intersecció entre ''C''₆ i ''C''₅ que està al mateix costat que G respecte a la recta AB.
* Si T és la distància entra A i J, es construeix ''C''₇, la circumferència de centre A i de radi T (conté per força J).

<math>\Rightarrow</math> El punt C s'obté per intersecció entre ''C''₇ i ''C''₂.

* Llavors es construeix ''C''₈ de centre C i de radi R.

<math>\Rightarrow</math> La intersecció de ''C''₈ i ''C''<sub>1</sub> és el punt D.

== Equacions d'un quadrat en el pla cartesià ==
La superfície delimitada per un quadrat <math>Q</math> de costat 2 i centre a l'origen es pot descriure de diverses maneres. Per exemple:
:<math>Q=\big\{(x,y)\ \big|\ |x|\leq 1, |y|\leq 1\big\}. </math>
El quadrat pròpiament dit és
:<math>\partial Q=\big\{(x,y)\ \big|\ |x|=1, |y|\leq 1\}\cup\{(x,y)\ |\ |y|=1, |x|\leq 1\big\}. </math>
Això també es pot escriure com
:<math>\partial Q =\big\{(x,y)\ \big|\ 0<\lim_{n\rightarrow \infty} x^{2n}+y^{2n}<\infty\big\}.</math>
En [[matemàtiques]], aquest quadrat representa la [[bola (matemàtiques)|bola]] de radi unitari en el pla respecte de la p-norma quan p → ∞.

== Teoremes relacionats amb el quadrat ==
=== Teorema de Pitàgores ===
[[Fitxer:Pythagorean proof.png|miniatura|demostració geomètrica de: (a+b)² = a² + 2·a·b + b²]]
El '''teorema de [[Pitàgores]]''' estableix que en un [[triangle rectangle]] la suma dels [[Quadrat (Potència)|quadrats]] dels [[catet]]s (els costats que formen l'[[angle recte]]) és igual al quadrat de la [[hipotenusa]] (l'altre costat).

Expressat matemàticament;
:'''a² + b² = c²'''
{{article principal|teorema de Pitàgores}}
[[Fitxer:van_Aubel's_theorem.png|miniatura|esquerra|El teorema de Van Aubel aplicat a dos quadrilàters el segon complex (amb costats que s'intersequen entre ells).]]
[[Fitxer:Thebault1.svg|miniatura|Exemple d'alicació del teorema de Thébault a un paral·lelogram]]

=== Teorema de Van Aubel ===
El [[teorema de Van Aubel]] estableix que donat un [[quadrilàter]] qualsevol, si es dibuixen quatre quadrats adjacents cada un a una de les cares del quadrilàter, els segments que uneixen els centres del quadrats adjacents als costats oposats tenen la mateixa longitud i són perpendiculars entre si.

=== Teorema de Thébault ===
El problema I del [[teorema de Thébault]] estableix que donat un [[paral·lelogram]] qualsevol si es dibuixen quatres quadrats adjacents cada d'un a un dels costats del [[paral·lelogram]], els centres dels quadrats formen un quadrat.

=== Teorema de Browkin ===
El [[teorema de Browkin]] estableix que per cada enter positiu ''n'' existeix un quadrat que conté exactament ''n'' punts en el seu interior d'una graella quadriculada de punts.<ref>[http://mathworld.wolfram.com/BrowkinsTheorem.html BrowkinsTheorem] Teorema de Browkins a [[MathWorld]]</ref>

=== Problema de Haberdasher ===
El problema de Haberdasher consisteix en tallar un quadrat en tres talls rectes per obtenir quatre bocins que es poden tornar a compondre formant un [[triangle equilàter]].

La solució consisteix en unir els punts mitjans de dos costats i llavors unir el punt mig d'aquest tall amb els punts mitjos dels altres dos costats, els quatre bocins es poden compondre tal com sindica a la figura.<ref>[http://mathworld.wolfram.com/HaberdashersProblem.html Haberdasher's Problem] El problema de Haberdasher a MathWorld</ref>

[[Fitxer:Problema de Haberdasher.PNG|miniatura|center|500px|Solució al problema de Haberdasher. Els quatre vèrtexs del quadrat de 90 ° graus cada un (total 360 °) es troben a l'interior del triangle triangle, els tres vèrtex del triangle, de 60 ° cada un (total 180 °) es troben al mig de la línia interior que uneix els centres de les dues arestes contigües del quadrat.]]

== Quadratura del quadrat ==
[[Fitxer:Squaring the square.svg|miniatura|La quadratura del quadrat perfecta més petita.]]
El problema de la [[quadratura del quadrat]] consisteix en enrajolar un quadrat tal que la seva aresta mesura un nombre enter d'unitats amb quadrats que també tenen aresta de mida un nombre enter. Si no s'imposen condicions addicionals, el problema és trivial, la restricció més estudiada és la quadratura del quadrat "perfecte". Aquesta restricció consisteix en el fet que tots el quadrats han de ser de mida diferent.

El primer quadrat perfectament quadrat el va trobar Roland Sprague el [[1939]]

El quadrat d'aresta més petita que es pot quadrar perfectament és un quadrat d'aresta 112. Observeu figura de la dreta.

== Políedres amb cares quadrades ==
[[Fitxer:Great rhombicosidodecahedron.png|miniatura|El [[Icosidodecàedre truncat|gran rombi-cosidodecàedre]] és un [[sòlid arquimedià]] que té 30 cares quadrades, 20 [[hexàgon|hexagonals]] i 12 [[decàgon|decagonals]].]]

Hi ha nombrosos [[políedre]]s amb cares quadrades. Els més éstudiats són els que presenten un alt grau de simetria.

Els [[políedre]]s que presenten més simetries són els [[sòlids platònics]], l'únic [[sòlid platònic]] amb cares quadrades és el [[cub]].

Els [[políedres arquimedians]] o semiregulars són poliedres convexos les cares del qual estan formades per dos o més tipus de [[polígon]]s regulars tals que els seus vèrtexs siguin homogenis. També cal que el políedre no sigui ni un prisma ni un antiprisma. Dels 13 políedres aquimedians que hi ha 8 tenen alguna cara quadrada: el [[cuboctàedre]],el [[octàedre truncat]],el [[petit rombicuboctàedre]], el [[cuboctàedre truncat]], el [[cub xato]], el [[petit rombi-cosidodecàedre]] i el [[Icosidodecàedre truncat|gran rombi-cosidodecàedre]].

Hi ha infinits [[Prisma (geometria)|prismes]] regulars amb cares quadrades que es construeixen emprant dos polígons regulars iguals, paral·lels com a bases, separats una distància igual a la longitud de l'aresta i amb tants quadrats com arestes tenen les bases.

Els [[sòlids de Johnson]] són políedres estrictament convexos tals que totes les seves cares són polígons regulars però que no són ni un sòlids platònics, ni sòlids arquimedians, ni un prismes ni un antiprismes. Dels 92 sòlids de Johnson 74 tenen cares quadrades, per exemple la [[piràmide quadrada]], la [[cúpula triangular]], la [[piràmide triangular allargada]], la [[piràmide quadrada giroallargada]], la [[bipiràmide triangular allargada]], la [[rotonda pentagonal allargada]], la [[ortobicúpula triangular]], la [[cúpulorotonda pentagonal giroallargada]], el [[prisma triangular augmentat]], el [[prisma triangular biaugmentat]], el [[prisma hexagonal metabiaugmantat]] o el [[romboicosidodecàedre girat]].

== Generalitzacions ==
El concepte de quadrat es pot generalitzar relaxant els axiomes de l'espai i eliminant la condició que els angles hagin de ser de 90 °, això porta als conceptes de quadrilàters regulars en geometries no euclidianes. Una altra forma de generalització és acceptar dimensions de l'espai diferents de 2.

=== Geometria no euclidiana ===
En [[geometria no euclidiana]], cal relaxar la condició que els angles hagin de ser necessàriament de 90 °, altrament no és possible l'existència de quadrats. Llavors els quadrats es defineixen com els [[polígon]]s amb 4 costats iguals i quatre angles iguals. En [[geometria esfèrica]], emprant aquesta definició resulta que els quadrats, a diferència dels de geometria plana tenen angles són més grans que l'angle recte.

En [[geometria hiperbòlica]], els angles dels quadrats són més petits que l'angle recte. Com més gran és el quadrat més petits són els angles.

'''Exemples:'''
{| class=wikitable width=640
|[[Fitxer:Square on sphere.svg|200px|Cub esfèric]]<br />Sis quadrats poden enrajolar l'esfera amb tres quadrats concurrents a cada vèrtex i [[angle intern|angles interns]] de 120 graus. Aquesta figura s'anomena el cub esfèric.
|[[Fitxer:Square on plane.svg|200px|Quadrat al pla euclidià]]<br />Els quadrats poden [[enrajolat amb quadrats|enrajolar]] el [[pla euclidià]] amb quatre quadrats concurrents a cada vèrtex, on cada quadrat té angles interns de 90 graus.
|[[Fitxer:Square on hyperbolic plane.png|200px|Quadrat al pla hiperbòlic]]<br />Els quadrats poden [[enrajolat quadrat d'ordre 5|enrajolar]] el [[pla hiperbòlic]] amb 5 quadrats concurrents a cada vèrtex, cada quadrat té angles interns de 72 graus.
|}

=== Dimensions superiors ===
El quadrat és el representant en dues dimensions de dues famílies de [[politop]]s: l'[[hipercub]] i el [[politop de creu]].

L'hipercub és un politop regular amb cares mútuament perpendiculars.
{| style="margin-left: auto; margin-right: auto"
|style="text-align: center;"|[[Fitxer:Square - black simple.svg|120px|A 2-dimensional cross-polytope]]
|width="50px"|
|style="text-align: center;"|[[Fitxer:Hexahedron.png|120px|A 3-dimensional cross-polytope]]
|width="50px"|
|style="text-align: center;"|[[Fitxer:8-cell-simple.gif|120px|A 4-dimensional cross-polytope]]
|-
|style="text-align: center;"|2 dimensions<br />'''Quadrat'''
|
|style="text-align: center;"|3 dimensions<br />[[Cub]]
|
|style="text-align: center;"|4 dimensions<br />[[Hipercub]]
|}
El ''politop de creu'' és l'[[embolcall convex]] dels vèrtexs de la forma: (±1, 0, 0, …, 0), (0, ±1, 0, …, 0), (0, 0, ±1, …, 0)..., (0, 0, 0, …, ±1).
{| style="margin-left: auto; margin-right: auto"
|style="text-align: center;"|[[Fitxer:square diamond (shape).svg|120px|A 2-dimensional cross-polytope]]
|width="50px"|
|style="text-align: center;"|[[Fitxer:octahedron.svg|120px|A 3-dimensional cross-polytope]]
|width="50px"|
|style="text-align: center;"|[[Fitxer:Cell16-4dpolytope.svg|120px|A 4-dimensional cross-polytope]]
|-
|style="text-align: center;"|2 dimensions<br />'''Quadrat'''
|
|style="text-align: center;"|3 dimensions<br />[[Octàedre]]
|
|style="text-align: center;"|4 dimensions<br />[[16-cel·la]]
|}

== Simbologia ==
Al [[cristianisme]] és una figura central. Representa la Terra i, per tant, també a l'[[home]]. L'origen d'aquesta associació està a una descripció del món que es troba al [[Gènesi]].

A la ''figura plena'' de [[Ramon Llull]] que està composta per una [[circumferència]], un quadrat i un [[triangle]] concèntrics i tots tres de la mateixa àrea. És per Ramon Llull la metàfora més acabada que representa la totalitat del ésser en totes les seves manifestacions, la divina, representada per la circumferència, la intel·lectual, representada pel triangle, i la material, representada pel quadrat. Aquí el quadrat representa la dimensió material en al·legoria als quatre elements.

Quadrat és el sobrenom que s'aplica al [[Mercuri (mitologia)|deu Mercuri]] potser, degut a la forma d'algunes de les seves estàtues primitives, o potser, perquè li estava consagrat el nombre quatre.<ref>[[Enciclopèdia Espasa]], tomo 16, pàgina 707</ref>

== Vegeu també ==
* [[Arrel quadrada de dos]]

== Notes ==
{{referències}}

== Bibliografia ==
{{Commonscat}}
* [http://mathworld.wolfram.com/Square.html Quadrat a MathWorld] {{en}}
* Eleanor Robson, Mathematics in Ancient Iraq: a Social History, Princeton University Press, 2008, 442 p. {{en}} {{ISBN|978-0-691-09182-2}}

{{Polígons}}
{{Autoritat}}
{{Viccionari-lateral|quadrat}}

[[Categoria:Paral·lelògrams]]