Ein Kreis mit dem Mittelpunkt M=(1 2) geht durch den Punkt P=(4-2). Bestimme den Radius des Kreises und die Kreisgleichung.
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- Dorothea Hofer
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1 9 Lösuge Beispiel 1: Bestimme Mittelpukt ud Radius des Kreises k: x²+4x+y²-2y-11=0. Diese Gleichug formt ma um i die Form (x-x M )²+(y-y M )²=r². I dieser Gleichug sid x M ud y M die Koordiate des Mittelpuktes M=(x M y M ) ud r ist der Radius des Kreises. We ma die Klammer auflöst erhält ma: x²-2x M.x+x M ²+y²-2y M.y+y M ² = r² -r² x²-2x M.x+y²-2y M.y+x M ²+y M ²-r² = 0 Vergleicht ma das mit der gegebee Gleichug, so erhält ma: -2x M.x = 4x -2x M = 4 x M = -2-2y M.y = -2y -2y M = -2 y M = 1 x M ²+y M ²-r² = 0 (-2)²+1²-r²= r²=-11 r²=16 r=4 Ma erhält: M=(-2 1) ud r=4 Beispiel 2: Ei Kreis mit dem Mittelpukt M=(1 2) geht durch de Pukt P=(4-2). Bestimme de Radius des Kreises ud die Kreisgleichug. Der Radius des Kreises ist der Betrag (die Läge) des Vektors MP MP =P-M= - = 4 r= MP = 3² + ( 4)² = =5 k:(x-1)²+(y-2)²=25 Beispiel 3: Die Pukte A=(2 4) ud B=(6 2) bilde de Durchmesser eies Kreises. Bestimme de Mittelpukt, de Radius ud die Kreisgleichug. We die Pukte A ud B auf dem Durchmesser des Kreises liege, da ist der Betrag des Vektors AB der Durchmesser des Kreises. Der Mittelpukt des Kreises ist der Halbierugs- Seite 68
2 pukt der Pukte A ud B M= (A+B)= = = 6 Der Radius ist der Betrag des Vektors AM AM =M-A= - = 1 r= AM = 2² + ( 1)² = = 5 k:(x-4)²+(y-3)²=5 Beispiel 4: Die Pukte A=(-1-2), B=(4 3) ud C=(0 1) liege auf eiem Kreis. Bestimme die Kreisgleichug. We zwei Pukte eies Kreises gegebe sid da liegt der Mittelpukt des Kreises auf der Streckesymmetrale dieser beide Pukte. Da hier drei Pukte bekat sid bestimmt ma zwei Streckesymmetrale (zum Beispiel vo A ud B bzw vo A ud C). Der Schittpukt dieser beide Gerade ist da der Mittelpukt des Kreises. Der Radius ist der Abstad des Mittelpuktes zu eiem der drei gegebee Pukte. Die Streckesymmetrale der Pukte A ud B geht durch de Halbierugspukt H AB vo A ud B. Der Vektor AB ist der Normalvektor dieser Gerade ,5 H AB = (A+B)= = = 2 0, AB =B-A= - = 5 Diese Vektor ka ma durch 5 teile ud erhält: =(1 1). x =.H AB 1 x 1 1,5. =. 1.x+1.y=1.1,5+1.0,5 g:x+y=2 0,5 Die Streckesymmetrale der Pukte A ud C geht durch de Halbierugspukt H AC vo A ud C. Der Vektor AC ist der Normalvektor dieser Gerade ,5 H AC = (A+C)= = = 2 1 0, AC =C-A= - = Dieser Vektor ist der Normalvektor der Streckesymmetrale: =(1 3). Daraus folgt:. x =. H AC Seite 69
3 1 x 1 0,5. =. 1.x+3.y=1.(-0,5)+3.(-0,5) h:x+3y=-2 0,5 Der Mittelpukt des Kreises ist der Schittpukt dieser beide Gerade: x +y = 2 x +3y = -2.(-1) x +y = 2 -x -3y = 2 }+ -2y = 4 :(-2) y = -2 Setze ma y=-2 i x+y=2 ei, so erhält ma: x -2 = 2 +2 x = 4 Der Schittpukt der beide Gerade ist M=(4-2). Der Radius ist der Betrag (die Läge) des Vektors AM AM =M-A= - = 0 r= AM = 5 ² + 0² = = 25 =5 k:(x-4)²+(y+2)²=25 Beispiel 5: Die Pukte A=(10-3) ud B=(4-7) liege auf eiem Kreis desse Mittelpukt auf der Gerade g:5x-y=1 liegt. Gesucht ist die Kreisgleichug. We zwei Pukte eies Kreises gegebe sid da liegt der Mittelpukt des Kreises auf der Streckesymmetrale dieser beide Pukte. Da der Mittelpukt auch auf der Gerade g liegt, berechet ma de Kreismittelpukt, idem ma diese beide Gerade scheidet. Der Radius ist der Abstad des Mittelpuktes zu eiem der beide gegebee Pukte. Die Streckesymmetrale der Pukte A ud B geht durch de Halbierugspukt H AB vo A ud B. Der Vektor AB ist der Normalvektor dieser Gerade H AB = (A+B)= = AB =B-A= - = = 10 5 We ma diese Vektor durch (-2) dividiert, so erhält ma =(3 2). Daraus folgt:. x =.H AB 3 x 3 7. =. 3.x+2.y=3.7+2.(-5) h:3x+2y=11 5 Der Mittelpukt des Kreises ist der Schittpukt dieser beide Gerade: Seite 70
4 5x -y = 1.2 3x +2y = 11 10x -2y = 2 3x +2y = 11 }+ 13x = 13 :13 x = 1 Setze ma x=1 i 5x-y=1 ei, so erhält ma: 5.1 -y = 1 5 -y = 1-5 -y = -4 :(-1) y = 4 Der Schittpukt der beide Gerade ist M=(1 4). Der Radius ist der Betrag des Vektors AM AM =M-A= - = 3 7 r= AM = ( 9)² + 7² = = 130 k:(x-1)²+(y-4)²=130 Beispiel 6: Die Pukte A=(5 4) ud B=(4-3) liege auf eiem Kreis desse Mittelpukt auf der Gerade g: x =(4-1)+t(3-2) liegt. Bestimme de Mittelpukt ud de Radius dieses Kreises. We zwei Pukte eies Kreises gegebe sid da liegt der Mittelpukt des Kreises auf der Streckesymmetrale dieser beide Pukte. Da der Mittelpukt auch auf der Gerade g liegt, berechet ma de Kreismittelpukt, idem ma diese beide Gerade scheidet. Der Radius ist der Abstad des Mittelpuktes zu eiem der beide gegebee Pukte. Die Streckesymmetrale der Pukte A ud B geht durch de Halbierugspukt H AB vo A ud B. Der Vektor AB ist der Normalvektor dieser Gerade ,5 H AB = (A+B)= = = 3 2 0, AB =B-A= - = 3 7 We ma diese Vektor mit (-1) multipliziert, so erhält ma =(1 7). Daraus folgt:. x =.H AB 1 x 1 4,5. =. 1.x+7.y=1.4,5+7.0,5 h:x+7y= ,5 Der Mittelpukt des Kreises ist der Schittpukt dieser beide Gerade: Aus der Gerade g erhält ma: x=4+3t ud y=-1-2t. Nu setzt ma diese beide Ausdrücke i die Geradegleichug x+7y=8 ei, ud erhält: 4+3t+7.(-1-2t) = 8 4+3t-7-14t = 8 Seite 71
5 -3-11t = t = 11 :(-11) t = -1 Nu setzte ma t=-1 i die Gleichug für die Gerade g ei, ud erhält: M= +(-1) = + = Der Radius ist der Betrag des Vektors AM AM =M-A= - = 3 r= AM = ( 4)² + ( 3)² = =5 k:(x-1)²+(y-1)²=25 Beispiel 7: Die Gerade g:x-2y=1 berührt de Kreis im Pukt T=(5 2). Vom Mittelpukt M ist die Koordiate x M =3 gegebe. Bestimme die Kreisgleichug. Die Gerade g berührt de Kreis im Pukt T. Eie Gerade h, die ormal auf diese Gerade ist ud durch de Pukt T geht geht auch durch de Mittelpukt des Kreises. Der Normalvektor der Gerade g ist h =(2 1). Daraus folgt: g =(1-2). Der Normalvektor der Gerade h ist ormal auf g, also h. x = h.t 2 x 2 5. =. 2.x+1.y= h:2x+y=12 Der Mittelpukt M des Kreises liegt auf der Gerade h. Die y-koordiate vo des Mittelpuktes erhält ma, idem ma x M =3 für x i die Geradegleichug eisetzt: 2.3+y=12 6+y=12 y=6 M=(3 6) r= TM = 2² + ( 4)² = = 20 k:(x-3)²+(y-6)²=20 Beispiel 8: Die Gerade g: x =(9-9)+t(1-1) berührt de Kreis im Pukt T=(1-1). Vom Mittelpukt M ist die Koordiate x M =-3 gegebe. Bestimme die Kreisgleichug. Seite 72
6 Die Gerade g berührt de Kreis im Pukt T. Eie Gerade h, die ormal auf diese Gerade ist ud durch de Pukt T geht geht auch durch de Mittelpukt des Kreises. Der Richtugsvektor der Gerade g ist der Normalvektor der Gerade h: h =(1-1). Daraus folgt: h. x = h.t 1 x 1 1. =. 1.x+(-1).y=1.1+(-1).(-1) h:x-y= Der Mittelpukt M des Kreises liegt auf der Gerade h. Die y-koordiate vo des Mittelpuktes erhält ma, idem ma x M =-3 für x i die Geradegleichug eisetzt: -3-y=2 -y=5 y=-5 M=(-3-5) r= TM = 4 ² + 4² = = 32 k:(x+3)²+(y+5)²=32 Beispiel 9: Die Gerade g:3x-y=3 berührt de Kreis im Pukt T=(2 3). Der Mittelpukt liegt auf der Gerade h: x =(0 3)+t(4-1). Bestimme die Kreisgleichug. Die Gerade g berührt de Kreis im Pukt T. Eie Gerade, die ormal auf diese Gerade ist ud durch de Pukt T geht geht auch durch de Mittelpukt des Kreises. Der Normalvektor g =(3-1) vo g ist also der Richtugsvektor der Gerade. Da de Pukt T=(2 3) ethält folgt: : x =(2 3)+s(3-1) Der Schittpukt dieser Gerade mit der Gerade h ist der Mittelpukt des Kreises. Aus der Gerade erhält ma: x=2+3s ud y=3-s. Aus h folgt: x=4t ud y=3-t. We ma sowohl x als auch y gleichsetzt, so erhält ma ei Gleichugssystem mit de Ubekate s ud t: 2 +3s = 4t 3 -s = 3 -t s = 4t 12-4s = 12-4t }+ 14 -s = s = -2.(-1) s = 2 Diese Wert setzt ma i die Gleichug der Gerade ei ud erhält: M= +2. = + = 1 Seite 73
7 r= TM = ( 6)² + 2² = = 40 k:(x-8)²+(y-1)²=40 Beispiel 10: Die Gerade g: x =(10 3)+s(3-4) berührt de Kreis im Pukt T=(7 7). Der Mittelpukt liegt auf der Gerade h: x =(6-8)+t(1-4). Bestimme die Kreisgleichug. Die Gerade g berührt de Kreis im Pukt T. Eie Gerade, die ormal auf diese Gerade ist ud durch de Pukt T geht geht auch durch de Mittelpukt des Kreises. Der Richtugsvektor vo g ist also der Normalvektor =(3-4) der Gerade. Da de Pukt T=(7 7) ethält folgt:. x =.T 3 x 3 7. =. 3.x+(-4).y=3.7+(-4).7 :3x-4y= Der Schittpukt dieser Gerade mit der Gerade h ist der Mittelpukt des Kreises. Aus der Gerade h erhält ma: x=6+t ud y=-8-4t. Nu setzt ma diese beide Ausdrücke i die Geradegleichug 3x-4y=-7 ei, ud erhält: 3.(6+t)-4.(-8-4t) = t+32+16t = t = t = -57 :19 t =-3 Nu setzte ma t=-3 i die Gleichug für die Gerade h ei, ud erhält: M= +(-3). = + = r= TM = 4 ² + 3² = =5 k:(x-4)²+(y-3)²=25 Beispiel 11: Die Gerade g:7x-y=-16 berührt de Kreis im Pukt T=(-1 9). Der Mittelpukt liegt auf der Gerade h:2x+3y=36. Bestimme die Kreisgleichug. Seite 74
8 Die Gerade g berührt de Kreis im Pukt T. Eie Gerade, die ormal auf diese Gerade ist ud durch de Pukt T geht geht auch durch de Mittelpukt des Kreises. Der Normalvektor g =(7-1) vo g ist also der Richtugsvektor der Gerade. Da de Pukt T=(-1 9) ethält folgt: : x =(-1 9)+t(7-1) Der Schittpukt dieser Gerade mit der Gerade h ist der Mittelpukt des Kreises. Aus der Gerade erhält ma: x=-1+7t ud y=9-t. Nu setzt ma diese beide Ausdrücke i die Geradegleichug h:2x+3y=36 ei, ud erhält: 2.(-1+7t)+3.(9-t) = t+27-3t = t = t = 11 :11 t = 1 Nu setzte ma t=-3 i die Gleichug für die Gerade ei, ud erhält: M= +1. = + = r= TM = ( 7)² + 1² = = 50 k:(x-6)²+(y-8)²=50 Beispiel 12: Die Gerade g: x =(10 12)+t(2 5) berührt de Kreis im Pukt T=(4-3). Der Mittelpukt liegt auf der Gerade h:x-4y=29. Bestimme die Kreisgleichug. Die Gerade g berührt de Kreis im Pukt T. Eie Gerade, die ormal auf diese Gerade ist ud durch de Pukt T geht geht auch durch de Mittelpukt des Kreises. Der Richtugsvektor vo g ist also der Normalvektor =(2 5) der Gerade. Da de Pukt T=(4-3) ethält folgt:. x =.T 2 x 2 4. = x+5.y=2.4+5.(-3) :2x+5y=-7 Der Schittpukt dieser Gerade mit der Gerade h ist der Mittelpukt des Kreises: 2x +5y = -7 x -4y = 29.(-2) 2x +5y = -7-2x +8y = y = -65 :13 y = -5 Seite 75
AT AB., so bezeichnet man dies als innere Teilung von
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