Dreiblatt

Prof. Dr. Dörte Haftendorn: Mathematik mit MuPAD 4,   Jan. 07  Update 10.01.07

Web:  www.mathematik-verstehen.de               http://haftendorn.uni-lueneburg.de

Konstruktionsbescheibung für das Dreiblatt
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1) Wähle M auf der x-Achse und um M einen Kreis c durch den Urspung B.

    sein anderer Schnittpunkt mit der x-Achse sei C.

2) Setze Q frei auf dem Kreis c.

3) Fälle das Lot von Q auf die x-Achse, der Fußpunkt sei D.

4) Spiegele C an D. Es ergibt sich E.

5) A sei Mittelpunkt der Strecke BE.

6) d sei der Kreis um A durch B.

7) Kreis d schneidet die Gerade BQ in P.

8) Gesucht ist der Ort von P, wenn Q auf dem Kreis c läuft.

Anmerkung: die Konstruktion erzwingt, dass die Strecken e und f gleich sind.

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Es ergibt sich die Polargleichung r=r(t):

dreiblattpol:=2*R*(2*cos(t)^2-1)*cos(t);

math

R:=1:

dreiblatt:=plot::Polar([dreiblattpol,t],t=0..a,a=0..2*PI,

             LineWidth=0.6):

plot(dreiblatt /*,Axes=None*/)

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.image

Als  implizite Gleichung ergibt sich:

dreiblattImp:=(x^2+y^2)^2=2*R*x*(x^2-y^2);

plot(plot::Implicit2d(dreiblattImp,

                    x=-0.5..2,y=-0.5..0.5, Scaling=Constrained))

math

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.Das passt.

In Polor-kartesischer Koppelung ergibt sich:

r:=t->2*R*(2*cos(t)^2-1)*cos(t);

archi:=plot::Polar([r(t),t],t=0..ende,ende=0..2*PI,

      LineWidth=1, LineColor=RGB::Red, Mesh=400):

archikart:=plot::Curve2d([t,r(t)],t=0..ende,ende=0..2*PI,

      LineWidth=1, Mesh=400, LineColor=RGB::Green):

radius:=plot::Line2d([0,0],[r(t)*cos(t),r(t)*sin(t)],t=0..2*PI,LineWidth=0.5):

radiusbetrag:=plot::Line2d([0,0],[abs(r(t))*cos(t),abs(r(t))*sin(t)],

                                t=0..2*PI,LineWidth=0.5,LineColor=[0,1,0]):

radiusordi:=plot::Line2d([t,0],[t,r(t)],t=0..2*PI,LineWidth=0.5):

plot(archi,radiusbetrag,radius,archikart,radiusordi,

     AnimationStyle=BackAndForth):

math

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.image

Man kann sehr schön sehen, dass dass die keinen Schleifen durch negative Radien entstehen.

Die kartesische r-Funktion aus Bausteinen aufgebaut:

plotfunc2d(2*cos(t)^2-1, (2*cos(t)^2-1)* cos(t),cos(t))

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Rot ist r(t) gezeichnet. Ist r(t) punktsymmetrisch zu (PI/2 , 0) ??

r(t);

(2*cos(t)^2-1)* cos(t)

math

math

.

plotfunc2d(r(PI/2-t),-r(PI/2+t))

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r(PI/2-t);

rr:=t->2*sin(t)*(2*sin(t)^2-1);

math

math

.

plotfunc2d(rr(t),-rr(-t),r(PI/2-t))

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Also sind die beiden Zipfel des Dreiblattes kongruent.

Wo sind Nullstelle der r-Funktion?

r(t)

math

Natürlich bei allen cos-Nullstellen und dann noch bei den Nullstellen der Klammer:

solve(2*cos(t)^2-1=0,t)

math

In der Konstruktion ist das der Fall, wenn Q über M liegt. Dann ist nämlich D=M und

A=B=Urspung, damit liegt auch P im Urspung.