Hans Walser, [20180301]
Isogonale Vielecke
Anregung: V. A. K., D.
Die Abbildung 1 zeigt ein isogonales Vieleck. Es hat sechs gleiche Winkel. Weiter hat es dieselben Symmetrien wie das regelmŠ§ige Dreieck.
Abb. 1: Isogonales Vieleck
Dieses Vieleck soll nun in Polarkoordinaten dargestellt werden. Dabei, und das ist das Neckische, soll die Funktion ohne Fallunterscheidungen formuliert werden.
Die Funktion
(1)
lšst das Problem. Herleitung in Anlehnung an [1] .
Die vorkommenden Parameter haben folgende geometrische Bedeutung: n ist die halbe Eckenzahl des isogonalen Vieleckes. R1 ist der Abstand der langen Seiten vom Ursprung, R2 der Abstand der kurzen Seiten vom Ursprung.
Im Beispiel der Abbildung 1 ist n = 3, R1 =1 und R2 = 1.2.
Fźr R2 = R1 erhalten wir das regelmŠ§ig 2n-Eck.
Die Abbildung 2 zeigt den Fall fźr n = 4, R1 =1 und R2 = 1.2. Wir haben die Symmetrien des Quadrates.
Abb. 2: Isogonales Achteck
Die Formel (1) funktioniert auch fźr rationale n. Die Abbildung 3 zeigt die Situation fźr n = 4.5, R1 =1 und R2 = 1.2.
Abb. 3: Isogonales Achtzehneck
Wir mźssen fźr den Polarwinkel zwei UmlŠufe vorsehen: . Der Parameter n ist daher nur noch ein Viertel der Eckenzahl.
Wir haben die Symmetrien des regelmŠ§igen Neuneckes.
Die Formel (1) enthŠlt auf den ersten Blick keine Fallunterscheidung. Auf den zweiten Blick sehen wir, dass die Betragsfunktion und die Minimumfunktion vorkommen. Beides sind von der Definition her Funktionen mit einer dichotomen Fallunterscheidung. Allerdings kšnnen wir dieses Problem beheben.
GemŠ§ źblicher Definition ist:
(2)
Wir kšnnen diese Fallunterscheidung umgehen mit:
(3)
GemŠ§ źblicher Definition ist:
(4)
Wir kšnnen diese Fallunterscheidung umgehen mit:
(5)
Die in (5) erscheinende Betragsfunktion kšnnen wir durch (3) substituieren.
Die Abbildung 4 zeigt das fźr die Abbildung 1 verwendete Programm (Maple):
restart: with(plots): with(plottools):
n := 3: # halbe Eckenzahl
R1 := 1: # erster Radius
R2 := 1.2: # zweiter Radius
r := t -> min(R1/cos(arctan(abs(tan(t*n/4)))*4/n-Pi/n),
R2/cos(arctan(abs(tan((t*n+Pi)/4)))*4/n-Pi/n)):
Figur := plot(r(t),
t=0..2*Pi, thickness=1, color=red, coords = polar):
display([Figur], scaling
= constrained, axes = none);
Abb. 4: Programm
Website
[1] Hans Walser: Polardarstellung eines regelmŠ§igen Vielecks (abgerufen 01.03.2018):
www.walser-h-m.ch/hans/Miniaturen/P/Polardarst_Vieleck/Polardarst_Vieleck.htm