Hans Walser, [20170929]
Lemniskate
Es wird eine Verallgemeinerung der Lemniskate von Bernoulli gezeigt.
Zu den beiden Punkten und zeichnen wir die Punkte fźr welche das Produkt der AbstŠnde zu E0 und E1 konstant 1 ist. Es gilt also die implizite Gleichung:
(1)
Die entstehende Kurve (Abb. 1) ist die Lemniskate von Bernoulli (Jakob Bernoulli, 1654jul./1655greg-1705). Siehe Haftendorn (2017), S. 108f.
Abb. 1: Lemniskate von Bernoulli
Die Lemniskate hat in Polarkoordinaten die Darstellung:
(2)
Beweis:
Die Gleichung (1) schreiben wir in der Form:
(3)
Dies kann umgeformt werden zu:
(4)
Die Gleichung (2) schreiben wir in der Form:
(5)
Es ist:
(6)
Einsetzen in (5) liefert:
(7)
Daraus ergibt sich unmittelbar die Gleichung (4).
Die Polardarstellung (2) hat eine Tźcke: sie ist nicht fźr den ganzen Definitionsbereich reell definiert, sondern nur fźr . Dazwischen ergeben sich imaginŠre Werte.
Wir kšnnen das Problem umgehen mit:
(8)
Die Abbildung 2 zeigt die zugehšrige Kurve.
Abb. 2: Absolutes Kleeblatt
In den Polardarstellungen (2) beziehungsweise (8) kommen je zweimal der Faktor 2 vor. Wir ersetzen diesen Faktor durch den positiven rationalen Faktor und den Definitionsbereich durch . Wir arbeiten also mit den Polardarstellungen:
(9)
und:
(10)
Im Folgenden einige Beispiele. Es sind jeweils die Versionen ohne Betragsstriche beziehungsweise mit Betragsstrichen angegeben.
Die Kurven sind – mit Ausnahme der Lemniskate von Bernoulli – nicht identisch mit den Verallgemeinerungen unter [2].
Abb. 3: p/q = 3
Abb. 4: p/q = 4
Abb. 5: p/q = 4/5
Abb. 6: p/q = 5/4
Die beiden Figuren unterscheiden sich nicht.
Abb. 7: p/q = 1/2
Die beiden Figuren unterscheiden sich nicht.
Es handelt sich nicht um die Kardioide.
Literatur
Haftendorn, Dšrte (2017): Kurven erkunden und verstehen. Mit GeoGebra und anderen Werkzeugen. Wiesbaden: Springer Spektrum. ISBN 978-3-658-14748-8.
Websites
[1] Hans Walser: Lemniskate (abgerufen 29.09.2017):
www.walser-h-m.ch/hans/Miniaturen/L/Lemniskate/Lemniskate.htm
[2] Hans Walser: Lemniskate (abgerufen 29.09.2017):
www.walser-h-m.ch/hans/Miniaturen/L/Lemniskate2/Lemniskate2.htm