MathProf - Hypozykloiden - Rollkurven - Animation - Gleichung - Berechnen

MathProf - Mathematik-Software - Hypozykloide | Hypotrochoide | Rollkurve | Kreis

Fachthema: Hypozykoide

MathProf - Analysis - Software für interaktive Mathematik zum Lösen verschiedenster Aufgaben und zur Visualisierung relevanter Sachverhalte mittels Simulationen, 2D- und 3D-Animationen für die Schule, das Abitur, das Studium sowie für Lehrer, Ingenieure, Wissenschaftler und alle die sich für Mathematik interessieren.

MathProf - Mathematik für Schule, Studium und Wissenschaft - Hypozykloide | Hypotrochoide | Rollkurve | Kreis

Online-Hilfe
für das Modul zur Analyse und Darstellung von Hypozykloiden.

In diesem Teilprogramm wird das Plotten (das Zeichnen) einer Hypozykloide bzw. einer Hypotrochoide in Parameterdarstellung ermöglicht.

Das Berechnen der Werte erforderlicher Größen erfolgt zur Echtzeit. Der Rechner stellt die entsprechenden Zusammenhänge unmittelbar nach Eintritt einer interaktiven Operation dar. Jedes relevante Ergebnis einer durchgeführten Berechnung zu diesem Fachthema wird aktualisiert ausgegeben.

Die Ermittlung der Funktionswerte einer Funktion dieser Art kann ebenfalls veranlasst werden. Deren Ausgabe erfolgt in einer Wertetabelle.

MathProf - Software für interaktive Mathematik 

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Themen und Stichworte zu diesem Modul:

Hypoykloide - Hypotrochoide - Rollkurve - Parameter - Gleichung - Funktion - Winkel - Kreis - Radius - Graph - Plotten - Grafisch - Bilder - Darstellung - Animation - Gleichung - Formel - Rechner - Berechnen - Beispiel - Grafik - Zeichnen - Berechnung - Darstellen

 
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Hypozykloide - Hypotrochoide

 

Im Unterprogramm [Analysis] - [Zykloiden] - Hypozykloide können die als Rollkurven bezeichneten Funktionen der Art Hypozykloide dargestellt, sowie die Herleitung derer untersucht werden.

 

MathProf - Hypozykloide - Rollkurve - Gleichung - Integral - Kurve - Länge - Simulation - Winkel


Eine Hypozykloide entsteht als Bahn eines Punktes der mit einem Kreis vom Radius r im Abstand a vom Mittelpunkt fest verbunden ist, wenn der Kreis ohne zu gleiten, auf der Innenseite eines zweiten Kreises abrollt.

Die Parameterdarstellung gewöhnlicher Hypozykloiden lautet:

x(t) = (a-b)·cos(t) + b·cos((a-b)/b·t)+d

y(t) = (a-b)·sin(t) - b·sin((a-b)/b·t)+e

 

Die Parameterdarstellung einer Hypotrochoide lautet:

 

x(t) = (a-b)·cos(t) + c·cos((a-b)/b·t)+d

y(t) = (a-b)·sin(t) - c·sin((a-b)/b·t)+e


Prinzipiell werden folgende Formen von Hypozykloiden unterschieden:

Verkürzte Hypozykloide: c < a (Hypotrochoide)

Verlängerte Hypozykloide: c > a (Hypotrochoide)

Gemeine Hypozykloide: c = a

 

a = R: Radius des äußeren Kreises

b = r: Radius der inneren Kreises

c: Abstand des Punktes P vom Kreismittelpunkt MP (Verschiebung)

d: Horizontaler Abstand des Mittelpunkts des äußeren Kreises von der Ordinate

e: Vertikaler Abstand des Mittelpunkts des äußeren Kreises von der Abszisse

t: Wälzwinkel (in Bogenmaß)
 

Darstellung

Gehen Sie folgendermaßen vor, um Untersuchungen mit diesem Unterprogramm durchzuführen:

  1. Wählen Sie durch die Aktivierung des Kontrollschalters Gewöhnliche oder Hypotrochoide, mit welcher Art von Hypozykloiden Sie Untersuchungen durchführen möchten.
     
  2. Auf dem Bedienformular befinden sich vier Rollbalken. Mit einem dieser können Sie den Radius R des Außenkreises, einem den Radius r des Innenkreises, einem dritten die Position des Wälzwinkels t (innerhalb eines Bereichs -2π t 2π) einstellen, und einem weiteren (Verschiebung c) den Abstand c des Punktes vom Kreismittelpunkt des Inkreises.
     
  3. Möchten Sie die Position des Kreismittelpunkts mit der Maus verändern, so klicken Sie mit der linken Maustaste in den rechteckig umrahmten Mausfangbereich des Punkts T und bewegen den Mauscursor bei gedrückt gehaltener Maustaste. Um diesen Punkt exakt zu positionieren, bedienen Sie die Schaltfläche Punkt auf dem Bedienformular und geben die hierfür relevanten Koordinatenwerte im daraufhin erscheinenden Formular ein. Übernommen werden diese, wenn Sie die sich dort befindende Schaltfläche Ok bedienen.
     
  4. Um Zusammenhänge mit Hilfe von Simulationen zu analysieren, bedienen Sie die Schaltfläche Simulation. Vor dem Start einer Simulation wird Ihnen ein Formular zur Verfügung gestellt, auf welchem Sie die zu simulierende Größe durch eine Aktivierung des entsprechenden Kontrollschalters festlegen. Hierauf können Sie ggf. den Wert für die zu verwendende Verzögerung einstellen. Bestätigen Sie mit Ok. Beendet werden kann die Ausführung einer derartigen Simulation wieder durch eine erneute Betätigung dieser Schaltfläche. Sie trägt nun die Bezeichnung Sim. Stop.
Video

 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Bedienformular

 

MathProf - Hypoykloide - Rollkurve - Animation - Winkel


Auf dem Bedienformular, welches durch Anklicken im obersten schmalen Bereich und bei Gedrückthalten der linken Maustaste verschiebbar ist, können Sie u.a. durch die Aktivierung bzw. Deaktivierung der entsprechenden Kontrollkästchen folgende zusätzliche Einstellungen vornehmen:

  • P beschriften: Beschriftung des Punktes P ein-/ausschalten
  • Koordinaten: Anzeige der Koordinatenwerte dargestellter Punkte ein-/ausschalten
  • Kreise füllen: Farbfüllung der Kreise ein-/ausschalten
  • Kreise darstellen: Darstellung der Kreise ein-/ausschalten

Allgemein

 

Allgemeines zum Handling des Programms bzgl. der Darstellung zweidimensionaler Grafiken wird unter Zweidimensionale Grafiken - Handling beschrieben. Wie Sie das Layout einer 2D-Darstellung konfigurieren können, erfahren Sie unter Layoutkonfiguration. Methoden zur Implementierung und zum Umgang mit grafischen Objekten werden unter Implementierung und Verwendung grafischer Objekte behandelt.

 

Weitere Themenbereiche

 

Zykloide

Epizykloide

 

Beispiel

 

Aktivieren Sie den Kontrollschalter Gewöhnliche, belassen Sie den Mausfangpunkt T an der Ausgangsposition T (0 / 0) und positionieren Sie die sich auf dem Bedienformular befindenden Rollbalken wie folgt:

 

Radius R: 6  (äußerer Kreis)

Radius r: 2  (innerer Kreis)

Wälzwinkel-Pos.: -0,646

Die Position des deaktivierten Rollbalkens Verschiebung c kann sich an beliebiger Stelle befinden.

 

Hierauf stellt das Programm die Kurve dar, die durch die Funktionsterme

 

x = (6-2)·cos(t) + 2·cos((6-2)/2·(t))

y = (6-2)·sin(t) - 2·sin((6-2)/2·(t))

 

über einen Parameterwertebereich (Wälzwinkel-Wertebereich) von -2π t -0,646 beschrieben wird.

 

Außerdem ist der Darstellung u.a. zu entnehmen, dass die durch Abrollen des Kreises entstandene Kurve bei einem Parameterwert t = -0,646 die Ortskoordinaten (Punkt P) x = 2,919 und y = -3,369 besitzt, da gilt:

 

x = (6-2)·cos(-0,646) + 2·cos((6-2)/2·(-0,646))

y = (6-2)·sin(-0,646) - 2·sin((6-2)/2·(-0,646))

 

Der Mittelpunkt des abrollenden Kreises verfügt über die Koordinatenwerte MP (3,195 / -2,407).

 

Hinweis: Die für Rollbalken Verschiebung c eingestellte Position hat keinen Einfluss auf die Darstellung bzw. die Ergebnisse, wenn gewöhnliche Hypozykloiden untersucht werden.
 

Weitere Screenshots zu diesem Modul

 

MathProf - Hypozykloide - Rollkurve - Gleichung - Integral - Kurve - Länge - Simulation - Winkel - Beispiel
MathProf - Hypozykloide - Rollkurve - Gleichung - Integral - Kurve - Länge - Animation - Winkel - Beispiel
MathProf - Kreis - Hypotrochoide - Radius - Rollkurve - Gleichung - Integral - Kurve - Länge - Animation - Beispiel
   

Screenshots und Kurzbeschreibungen einiger Module zu entsprechenden Themenbereichen

Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Screenshots zum Themengebiet Analysis - Screenshots zum Themengebiet Geometrie - Screenshots zum Themengebiet Trigonometrie - Screenshots zum Themengebiet Algebra - Screenshots zum Themengebiet 3D-Mathematik - Screenshots zum Themengebiet Stochastik - Screenshots zum Themengebiet Vektoralgebra sowie unter Screenshots zu sonstigen Themengebieten.
 
Nützliche  Infos zu diesem Themengebiet

 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Zykloide zu finden. 

 

Implementierte Module zum Themenbereich Analysis


Mathematische Funktionen I - Mathematische Funktionen II - Funktionen in Parameterform - Funktionen in Polarform - Segmentweise definierte Funktionen - Kurvenscharen - Funktionsparameteranalyse - Funktionswertetabellen - Iteration - Parameter der Sinus- und Cosinusfunktion - Parameter der Logarithmusfunktion - Parameter der Betragsfunktion - Parameter der Integer-Funktion - Parameter der Quadratwurzelfunktion - Parameter der Potenzfunktion - Parameter der Exponentialfunktion - Kubische Funktion in allgemeiner Form - Kubische Funktion in spezieller Form -Zahlenfolgen - Zahlenfolgen - Interaktiv - Rekursive Zahlenfolgen - Rekursive Zahlenfolgen - Interaktiv - Arithmetische und geometrische Zahlenfolgen - Parabelgleichungen - Parabelgleichungen - Interaktiv - Parabel und Gerade - Interaktiv - Analyse quadratischer Funktionen - Ermittlung ganzrationaler Funktionen - Ganzrationale Funktionen (Polynome) - Ganzrationale Funktionen (Polynome) - Interaktiv - Gebrochenrationale Funktionen - Gebrochenrationale Funktionen - Interaktiv - Interpolation nach Newton und Lagrange - Interpolation ganzrationaler Funktionen - Polynomregression - Nullstellen - Iterationsverfahren - Horner-Schema - Tangente - Normale - Tangente - Sekante - Tangente und Normale von externem Punkt - Kurvendiskussion - Kurvendiskussion - Interaktiv - Obersummen und Untersummen - Obersummen und Untersummen - Interaktiv - Integrationsmethoden - Rotationsparaboloid (3D) - Integralrechnung - Integralrechnung - Interaktiv - Zykloide - Hypozykloide - Epizykloide - Sternkurven - Zissoide - Strophoide - Kartesisches Blatt - Semikubische Parabel - Archimedische Spirale - Logarithmische Spirale - Fourier-Summen - Fourier-Reihen - Taylorreihen und Potenzreihen - Implizite Funktionen
 

Unsere Produkte
 
Nachfolgend aufgeführt finden Sie Kurzinfos zu den von uns entwickelten Produkten.
 
MathProf 5.0
Mathematik interaktiv

 
MathProf 5.0 ist ein Programm für alle, die die Aufgabe oder das Ziel haben, sich mathematische Sachverhalte auf einfache Weise zu verdeutlichen. Zudem spricht es diejenigen an, die sich für Mathematik interessieren, oder mathematische Probleme verschiedenster Art zu lösen haben und von grafischen 2D- und 3D-Echtzeitdarstellungen sowie Animationen beeindruckt sind.
 

Bilder zum Programm MathProf 5.0 - Analysis - Trigonometrie - Algebra - 3D-Mathematik - Vektoralgebra - Geometrie
 

Es eignet sich insbesondere dafür, um interaktive grafische Untersuchungen sowie numerische Berechnungen zu entsprechenden Fachthemen durchführen zu lassen. Mehr als 300 verschiedene Unterprogramme decken die mathematischen Themenbereiche Analysis, Geometrie, Trigonometrie, Algebra, Stochastik, 3D-Mathematik und Vektoralgebra großflächig ab.


Bilder zum Programm MathProf 5.0 - Analysis - Trigonometrie - Algebra - 3D-Mathematik - Stochastik - Vektoralgebra - Numerisch - Grafisch - Plotten - Graph


Durch die Nutzbarkeit vieler implementierter grafischer Features bestehen vielseitige gestaltungstechnische Möglichkeiten, ausgegebene Grafiken in entsprechenden Unterprogrammen auf individuelle Anforderungen anzupassen. Durch die freie Veränderbarkeit von Parametern und Koordinatenwerten bei der Ausgabe grafischer Darstellungen, besteht in vielen Modulen zudem die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Gebilden und Zusammenhängen manuell oder durch die Verwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.

Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 1600 Seiten.

 
Kurzinfos zu Inhalten einiger Unterprogramme erhalten Sie unter:
 
 
 
  
PhysProf 1.1
Physik interaktiv

 
PhysProf 1.1 ist ein Programm für alle, die die Aufgabe oder das Ziel haben, sich physikalische Gesetzmäßigkeiten und Gegebenheiten zu verdeutlichen. Es spricht alle an, die sich für die Ergründung physikalischer Prozessabläufe und derartige Zusammenhänge interessieren. In zahlreichen Unterprogrammen besteht die Möglichkeit, Veränderungen von Einflussgrößen manuell, oder durch die Ausgabe automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren. Inhaltlich umfasst es ca. 70 verschiedene Unterprogramme zu den Fachthemenbereichen Mechanik, Elektrotechnik, Thermodynamik und Optik.
 

Bilder zum Programm PhysProf 1.1 - Mechanik - Elektrotechnik - Thermodynamik - Optik
 

Durch die Benutzung dieses Programms wird es ermöglicht, bereits bekannte Fachthemeninhalte aufzuarbeiten und entsprechende Sachverhalte numerisch wie auch grafisch zu analysieren. Mittels der freien Veränderbarkeit der Parameter von Einflussgrößen bei der Ausgabe grafischer Darstellungen besteht in vielen Unterprogrammen die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Zusammenhängen manuell oder durch die Anwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.

Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 300 Seiten.

 
Eine Übersicht aller in PhysProf 1.1 zur Verfügung stehender Programmteile finden Sie im PhysProf - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.

Zum Inhaltsverzeichnis von PhysProf 1.1
 
Kurzinfos zu Inhalten einiger Unterprogramme von Physprof 1.1 erhalten Sie unter:
 
Videos zu einigen in PhysProf implementierten Modulen finden Sie, indem Sie den Reiter Videos wählen, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.
 
Zu den Videos zu PhysProf 1.1
 
 

 
SimPlot 1.0
Visualisierung und Simulation interaktiv
 

SimPlot 1.0 ist eine Anwendung, welche es unter anderem durch interaktiv erstellbare Präsentationen ermöglicht, sich Sachverhalte aus vielen technischen, wissenschaftlichen und anderen Bereichen grafisch darstellen und diese multifunktional sowohl statisch, wie auch in Form bewegter Grafiken ausgeben zu lassen. Das Programm erlaubt die Erstellung von Gebilden mit zweidimensionalen grafischen Objekten, welche als geometrische Figuren und Bilder zur Verfügung stehen.

Es bietet zudem die Möglichkeit, Zusammenhänge im Bereich der Planimetrie auf einfache Weise interaktiv zu analysieren. Unter anderem wird es ermöglicht, mit erzeugten Gebilden geometrische Transformationen durchzuführen und diesen automatisch ablaufende Bewegungs- und Verformungsprozesse zuzuweisen.

 
Bilder zum Programm SimPlot 1.0 - Zweidimensionale Grafiken, Simulationen und Animationen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche

 
SimPlot kann sowohl zur Erstellung von Infografiken, zur dynamischen Datenvisualisierung, zur Auswertung technisch-wissenschaftlicher Zusammenhänge sowie zur Erzeugung bewegter Bilder für verschiedenste Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Neben der Bereitstellung vieler mathematischer Hilfsmittel und zusätzlicher Unterprogramme erlaubt es auch die Einblendung von Hilfslinien zur Echtzeit, welche dienlich sind, um sich relevante Sachverhalte und Zusammenhänge unmittelbar begreiflich zu machen.

Dieses Programm verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 900 Seiten.
 
Eine Inhaltsübersicht dessen finden Sie unter SimPlot - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.

Zum Inhaltsverzeichnis von SimPlot 1.0
 
Beispiele einiger mit Simplot 1.0 erzeugter Grafiken finden Sie unter Beispiele, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.

Zu Beispielen von SimPlot 1.0
 
Videos zu einigen mit diesem Programm erzeugten Animationen finden Sie unter Videos, oder einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche ausführen.
 
Zu den Videos zu SimPlot 1.0

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