MathProf - Kreisgleichung - Punkt - Kreisberechnung - Vektorgleichung

Modul Kreis - Punkt

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Das Modul [Geometrie] - [Kreis] - Kreis - Punkt bietet die Möglichkeit Untersuchungen mit Kreisen und Punkten in der Ebene durchzuführen.

 

Eingabefenster - Beispiel 1

 

Eingabefenster - Beispiel 2

Der Kreis ist die Menge aller Punkte einer Ebene, die von einem festen Punkt dieser Ebene den gleichen Abstand besitzen. Dieser feste Punkt ist der Mittelpunkt des Kreises. Jede Strecke, welche vom Kreismittelpunkt ausgeht und zu einem Punkt der Kreisline verläuft heißt Radius.
 
Kreise können in diesem Unterprogramm in einer der nachfolgend aufgeführten Formen (Kreisgleichungen) definiert werden:

• Kreisgleichung in Mittelpunktform (Allgemeine Kreisgleichung)
  (x-x_m)²+(y-y_m)² = r²
   
• Kreis in 3-Punkte-Form (Kreis durch 3 Punkte)
  Kreis durch die drei Punkte P1 (x1;y1), P2 (x2;y2) und P3 (x3;y3)
   
• Vektorielle Form (Vektorgleichung - Vektorform) des Kreises
  
   
• Kreisgleichung in Koordinatenform
  x²+y²+a·x+b·y+c = 0
   
• Kreisgleichung in Parameterform (Parameterdarstellung)
  x = r·cos(k)+x₀
  y = r·sin(k)+y₀
   
• Scheitelgleichung des Kreises

• y² = 2·r·x-x²

Bei der Durchführung von Untersuchungen werden u.a. folgende Ergebnisse ermittelt und ausgegeben:

• Wesentliche Eigenschaften eines Kreises
• Tangenten an einen Kreis, welche durch einen außerhalb des Kreises liegenden Punkt P verlaufen, sowie Koordinatenwerte der Berührpunkte
• Normalen des Kreises in Tangenten-Berührpunkten 
• Polare (Gerade durch Tangenten-Berührpunkte)

 

 
Definition:

Ein Kreis ist der geometrische Ort aller Punkte P(x|y) der Ebene, welche von einem festen Punkt M(x_m|y_m) einen konstanten Abstand r haben. M bezeichnet den Kreismittelpunkt, r den Radius des Kreises. Befindet sich der Mittelpunkt des Kreises im Koordinatenursprung, so gilt für die Koordinaten eines Punktes auf der Kreislinie:

x_m = r·cos φ
y_m = r·sin φ

Formeln:

Nachfolgend aufgeführt sind einige Formeln, welche zur Berechnung der Werte entsprechender Größen eines Kreises relevant sind.

Durchmesser: d = 2·r
Fläche (Flächeninhalt): A = π·r² bzw. A = π·d²/4
Umfang (Gestreckte Länge): u = 2·π·r

Mit:
r: Radius des Kreises
 
Der Flächeninhalt eines Kreises ist der Grenzwert der Flächeninhalte der ihm einbeschriebenen und umbeschriebenen regelmäßigen Vielecke. Seine Fläche ist proportional zum Quadrat der Länge seines Radius mit dem Proportionalitätsfaktor π.
 
Tangenten an einen Kreis:
 

• Eine Zentrale halbiert den Winkel zwischen den beiden Tangenten, welche von einem Punkt, der sich ausserhalb dessen befindet, an den Kreis gelegt werden können.
• Die Tangentenabschnitte zwischen dem Tangentenschnittpunkt S und einem Berührpunkt von Kreis und Gerade sind gleich lang
• Die Sehne zwischen den beiden Berührpunkten B1 und B2 wird von der Zentrale halbiert

  

Berechnung und grafsiche Darstellung

Die Praktizierung von Analysen zu diesem Themenbereich erfordert folgende Vorgehensweise:

1. Benutzen Sie die aufklappbare Auswahlbox, um die Definitionsform des Kreises K festzulegen. Wird einer oberen sechs zur Verfügung stehenden Einträge gewählt, so können Analysen mit dem entsprechenden Kreis und einem Punkt durchgeführt werden. Bei der Selektion eines darunter angeordneten Eintrags, ermöglicht das Programm die alleinige Untersuchung des entsprechenden Kreises.
    
2. Geben Sie die Werte für die entsprechenden Größen des Kreises in die dafür zur Verfügung stehenden Felder ein:
   
   Kreis in Mittelpunktform: Koordinatenwerte des Mittelpunkts M und Wert für r²
   Kreis in 3-Punkte-Form: Koordinatenwerte der Punkte P1, P2 und P3
   Kreis in vektorieller Form: Koordinatenwerte x₀ und y₀ des Mittelpunkts und Parameter r²
   Kreis in Koordinatenform: Werte der Gleichungskoeffizienten a, b und c
   Kreis in Parameterform: Radius r, sowie Koordinatenwerte für x₀ und y₀
   Kreis in Scheitelgleichungsform: Radius r
    
3. Stehen die Eingabefelder zur Definition der Koordinatenwerte für Punkt P zur Verfügung, so definieren Sie die Koordinatenwerte dieses Punktes in den rechtsseitig angeordneten Eingabefeldern.
    
4. Klicken Sie auf die Schaltfläche Berechnen, so gibt das Programm die ermittelten Ergebnisse aus.
    
5. Um sich die Zusammenhänge grafisch darstellen zu lassen, bedienen Sie die Schaltfläche Darstellen.

 

 
Mit Hilfe dieses Programms lassen sich unter anderem Grafiken für Arbeitsblätter zur nichtkommerziellen Nutzung für Unterrichtszwecke erstellen. Beachten Sie hierbei jedoch, dass jede Art gewerblicher Nutzung dieser Grafiken und Texte untersagt ist und dass Sie zur Verfielfältigung hiermit erstellter Arbeitsblätter und Unterrichtsmaterialien eine schriftliche Genehmigung des Autors (unseres Unternehmens) benötigen.

Diese kann von einem registrierten Kunden, der im Besitz einer gültigen Softwarelizenz für das entsprechende Programm ist, bei Bedarf unter der ausdrücklichen Schilderung des beabsichtigten Verfielfältigungszwecks sowie der Angabe der Anzahl zu verfielfältigender Exemplare für das entsprechende Arbeitsblatt unter der auf der Impressum-Seite dieses Angebots angegebenen Email-Adresse eingeholt werden. Es gelten unsere AGB.
 

  
Dieses Programm eignet sich neben seinem Einsatz als Berechnungs- bzw. Grafikprogramm zudem zum Lernen, zur Aneignung entsprechenden Fachwissens, zum Üben sowie zum Lösen verschiedener Aufgaben zum behandelten Fachthema. Durch seine einfache interaktive Handhabbarkeit bietet es die auch Möglichkeit der Durchführung unterschiedlicher Übungen hierzu. Oftmals lassen sich hiermit auch die Lösungen von Übungsaufgaben durch benutzerdefinierte Festlegungen und Eingaben numerisch oder grafisch ermitteln bzw. auswerten. Erlernte Fertigkeiten können somit auf einfache Weise untersucht werden. Implementierte Beispiele zu Sachverhalten erlauben die Bezugnahme zum entsprechenden Fachthema.

 

 

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

 

Bedienformulare

 

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:

• Normalen: Darstellung der Normalen des Kreises in Tangenten-Berührpunkten (falls vorhanden) ein-/ausschalten
• Polare: Darstellung der Gerade durch Tangenten-Berührpunkte (falls vorhanden) ein-/ausschalten
• Punkte: Kennzeichnung markanter Punkte ein-/ausschalten
• Beschriftung: Beschriftung markanter Punkte ein-/ausschalten
• Koordinaten: Koordinatenwertanzeige markanter Punkte ein-/ausschalten

 

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.

 

 

Kreis – Kreis - Interaktiv Kreis - Punkt - Interaktiv Kreis - Gerade Kreis - Gerade - Interaktiv Kreis – Kreis

 

Beispiel 1:

Von einem Kreis sei bekannt, dass dieser durch die Gleichung (x-4)²+(y+5)² = 5² beschrieben werden kann. Es sind die Tangenten an diesen Kreis zu ermitteln, wenn diese durch den außerhalb des Kreises liegenden Punkt P (-8 / 8) verlaufen.

Vorgehensweise und Lösung:

Wählen Sie den Eintrag Kreis in Mittelpunktform - Punkt aus der Auswahlbox. Nach einer Eingabe der Werte x₀ = 4, y₀ = -5 und 25 für r² für den Kreis, sowie einer Festlegung der Koordinatenwerte des Punkts P in den dafür vorgesehenen Felder und einer Bedienung der Schaltfläche Berechnen gibt das Programm aus:

Für die Eigenschaften des Kreises:

 

Mittelpunkt: M (4 / -5)
Radius (Kreisradius): r = 5
Fläche (Kreisfläche): A = 78,54 FE
Umfang (Kreisumfang bzw. gestreckte Länge): U = 31,416

Für die Gleichungen der Kreistangenten die durch Punkt P verlaufen:

Tangente 1: Y = -2,024·X - 8,192
Tangente 2: Y = -0,598·X + 3,217
 

Für die Gleichungen der Normalen des Kreises durch die Berührpunkte B1 und B2:

Normale 1: Y = 0,494·X - 6,976
Normale 2: Y = 1,673·X - 11,69
 

Für die Berührpunkte der Kreistangenten die durch Punkt P verlaufen:

Berührungspunkt 1: B1 (-0,483 / -7,215)
Berührungspunkt 2: B2 (6,566 / -0,709)
 

Für die Länge der Sehne B1B2: 9,592

Gleichung der Polare: Y = 0,923·X - 6,769
 

Beispiel 2:

Ein Kreis wird durch die Gleichungen x = 6·cos(k)+3 und y = 6·sin(k)-4 in Parameterform beschrieben. Es gilt, die Tangenten an diesen Kreis ermitteln zu lassen, wenn diese durch den außerhalb des Kreises liegenden Punkt P (-4 / 3) verlaufen.

Vorgehensweise und Lösung:

 

Wählen Sie den Eintrag Kreis in Parameterform - Punkt aus der Auswahlbox. Nach einer Eingabe der Werte x₀ = 3, y₀ = -4 sowie r = 6 für den Kreis, sowie einer Festlegung der Koordinatenwerte des Punkts P in den dafür vorgesehenen Felder und einer Bedienung der Schaltfläche Berechnen ermittelt das Programm:

 

Für die Eigenschaften des Kreises:

 

Gleichung in Mittelpunktform: (X - 3) ² + (Y + 4) ² = 6 ²

Mittelpunkt: M (3 / -4)
Radius (Kreisradius): r = 6
Fläche (Kreisfläche): A = 113,097 FE
Umfang (Kreisumfang): U = 37,699

Für die Gleichungen der Kreistangenten die durch Punkt P verlaufen:

Tangente 1: Y = -7,403·X - 26,614
Tangente 2: Y = -0,135·X + 2,46
 

Für die Gleichungen der Normalen des Kreises durch die Berührpunkte B1 und B2:

Normale 1: Y = 0,135·X - 4,405
Normale 2: Y = 7,403·X - 26,21
 

Für die Berührpunkte der Kreistangenten die durch Punkt P verlaufen:

Berührungspunkt 1: B1 (-2,946 / -4,803)
Berührungspunkt 2: B2 (3,803 / 1,946)
 

Für die Länge der Sehne B1B2: 9,545

Gleichung der Polare: Y = 1·X - 1,857
 

Beispiel 3:

Ein Kreis wird durch die Gleichung X² + Y² - 5·X + 2·Y + 3 = 0 beschrieben. Es gilt, die Eigenschaften des Kreises, sowie die Tangenten an diesen zu ermitteln, wenn diese durch den außerhalb des Kreises liegenden Punkt P (14 / 8) verlaufen.

Vorgehensweise und Lösung:

Wählen Sie den Eintrag Kreis in Koordinatenform - Punkt aus der Auswahlbox. Nach einer Eingabe der Koeffizientenwerte a = -5, b = 2 und c = 3 für die Kreisgleichung, sowie einer Festlegung der Koordinatenwerte des Punkts P in den dafür vorgesehenen Felder und einer Bedienung der Schaltfläche Berechnen gibt das Programm aus:

Für die Eigenschaften des Kreises:

Gleichung in Mittelpunktform: (X - 2,5)² + (Y + 1)² = 2,062²

Mittelpunkt: M (2,5 / -1)
Radius (Kreisradius): r = 2,062
Fläche (Kreisfläche): A = 13,352 FE
Umfang (Kreisumfang): U = 12,953

Für die Gleichungen der Kreistangenten die durch Punkt P verlaufen:

Tangente 1: Y = 0,576·X - 0,061
Tangente 2: Y = 1,041·X - 6,58
 

Für die Gleichungen der Normalen des Kreises durch die Berührpunkte B1 und B2:

Normale 1: Y = -1,737·X + 3,342
Normale 2: Y = -0,96·X + 1,401

 

Für die Berührpunkte der Kreistangenten die durch Punkt P verlaufen:

Berührungspunkt 1: B1 (1,471 / 0,787)
Berührungspunkt 2: B2 (3,987 / -2,428)
 

Für die Länge der Sehne B1B2: 4,082

Gleichung der Polare: Y = -1,278·X + 2,667
 

 

Grafische Darstellung - Beispiel 1


Grafische Darstellung - Beispiel 2


Grafische Darstellung - Beispiel 3


Grafische Darstellung - Beispiel 4


Grafische Darstellung - Beispiel 5
   

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.
   

 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter folgenden Adressen zu finden.

Wikipedia - Kreis
Wikipedia - Kreistangente
 

Achsenabschnittsform einer Geraden - Punkt-Richtungs-Form einer Geraden - Zwei-Punkte-Form einer Geraden - Hessesche Normalenform einer Geraden - Allgemeine Form einer Gerade - Gerade - Gerade - Gerade - Gerade - Interaktiv - Gerade - Punkt - Gerade - Punkt - Interaktiv - Geradensteigung - Kreis - Punkt - Interaktiv - Kreis - Gerade - Kreis - Gerade - Interaktiv - Kreis - Kreis - Kreis - Kreis - Interaktiv - Kreisausschnitt - Kreissegment - Kreisring - Ellipse - Regelmäßiges Vieleck - Viereck - Allgemeines Viereck – Interaktiv - Satz des Ptolemäus - Satz des Arbelos - Pappus-Kreise - Archimedische Kreise - Hippokrates Möndchen - Varignon-Parallelogramm - Rechteck-Scherung - Soddy-Kreise - Polygone - Bewegungen in der Ebene - Affine Abbildung - Analyse affiner Abbildungen - Inversion einer Geraden am Kreis - Inversion eines Kreises am Kreis - Spirolateralkurven - Spiralen im Vieleck - Granvillesche Kurven - Bérard-Kurven - Eikurven - Kegelschnitt - Prinzip - Pyramidenschnitt - Prinzip - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Interaktiv - Kegelschnitte in achsparalleler Lage - Kegelschnitte in achsparalleler Lage - Interaktiv - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Punkt - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Gerade - Allgemeine Kegelschnitte - Kegelschnitte durch 5 Punkte - Interaktive Geometrie mit Objekten - Winkelmaße - Strahlensatz - Teilungsverhältnis - Konstruktion einer Mittelsenkrechten - Konvexe Hülle - Dreieck - Pyramide - Quader im Raum (3D) - Krummflächig begrenzte Körper (3D) - Ebenflächig und krummflächig begrenzte Körper (3D) - Platonische Körper (3D) - Archimedische Körper (3D) - Spezielle Polyeder (3D) - Selfbuild - Punkte (3D) - Selfbuild - Strecken (3D)
 

 

Startfenster des Unterprogramms Kreis - Punkt
 

MathProf 5.0 - Unterprogramm Kreis-Punkt - Interaktiv

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MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven von Funktionen in Parameterform
 

 

PhysProf 1.1 - Unterprogramm Adiabatische Zustandsänderung
 

SimPlot 1.0 - Grafik-  und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke

 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

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