Hans Walser, [20150120]
Schleppkurven
Anregung: H.-G. W., W.
Ein Punkt Z bewegt sich auf einer Zugkurve und zieht an einer Leine einen Punkt W. Dieser bewegt sich auf der gesuchten Schleppkurve .
Es sei der Leinenvektor. Dann gilt:
Mit Angabe des Startpunktes der Schleppkurve ist diese bestimmt.
Die Beispiele sind iterativ nach Euler approximativ berechnet worden. Die Zugkurve ist rot, die Schleppkurve blau gezeichnet. Die Startpunkt sind markiert.
Der Klassiker. Die Zugkurve ist eine Gerade. Die Traktrix geht asymptotisch gegen die Zugkurve.
Abb. 1: Traktrix
Abb. 2: Im Kreis
Abb. 3: Startpunkt au§erhalb des Kreises
Abb. 4: Im Quadrat
Abb. 5: Startpunkt au§erhalb
Abb. 6: Wellenlinie
Die Schleppkurve hat eine kleinere Amplitude und hinkt hinterher. Damit kann aus dem Kurvenbild auch ohne die Farben entschieden werden, welches die Zugkurve und welches die Schleppkurve ist.
Nachfolgend das Maple-Programm fźr die Situation der Abbildung 3.
restart: with(plots):
with(plottools):
T:=6:
# Obergrenze Parameter
deltat:=0.01: # SchrittlŠ*nge
z1:=t->cos(t): # Erste Koordinate der
Zugkurve
z2:=t->sin(t): # Zweite Koordinate
der Zugkurve
w1[0]:=2:
# Erste Koordinate Startposition Schleppkurve
w2[0]:=0:
# Zweite Koordinate Startposition Schleppkurve
Zugstart:=point([z1(0),z2(0)],
color=red, symbolsize=20, symbol=solidcircle):
Zugkurve:=plot([z1(t),z2(t),t=0..T],
color=red, thickness=2):
N:=floor(T/deltat):
for n from 0 to N do
p1[n]:=evalf(z1(n*deltat))-w1[n]: p2[n]:=evalf(z2(n*deltat)-w2[n]):
dz1[n]:=z1((n+1)*deltat)-z1(n*deltat):
dz2[n]:=z2((n+1)*deltat)-z2(n*deltat):
Faktor[n]:=evalf((p1[n]*dz1[n]+p2[n]*dz2[n])/(p1[n]^2+p2[n]^2)):
dw1[n]:=p1[n]*Faktor[n]: dw2[n]:=p2[n]*Faktor[n]:
w1[n+1]:=w1[n]+dw1[n]: w2[n+1]:=w2[n]+dw2[n]:
end:
Schleppstart:=point([w1[0],w2[0]],
color=blue, symbolsize=20, symbol=solidcircle):
Schleppkurve:=seq(line([w1[n],w2[n]],[w1[n+1],w2[n+1]],
color=blue, thickness=2), n=0..N):
display([Zugstart,
Zugkurve, Schleppstart, Schleppkurve], scaling=constrained, axes=none);
Literatur
Schierscher, Georg (1995):
Verfolgungsprobleme. Berichte źber Mathematik und Unterricht. ETH Zźrich.
Schierscher, Georg (1997):
Verfolgungsprobleme. MU, Der Mathematikunterricht. 43/3.