Hans Walser, [20070330a]
Verallgemeinerung des Thaleskreises
Wir schlagen in den Punkten A und B je einen Nagel ein so dass der Nagelhals noch vorsteht und schieben ein Geo-Dreieck ein. Wenn wir das Geo-Dreieck bewegen, beschreibt die Ecke mit dem rechten Winkel den Thaleskreis źber der Strecke AB.
Der Thaleskreis kann wie folgt sichtbar gemacht werden: wir bestreuen die Ebene (also das Brett, in welchem die beiden NŠgel stecken) leicht mit Sand und schieben den Sand mit dem Geo-Dreieck (mit Vorteil eines aus Holz, das eine gewisse Dicke aufweist) zur Seite.

Genesis des Thaleskreises
Frage 1: Was fźr eine Kurve beschreiben die beiden anderen Ecken des Geodreieckes?
Bei
unserer Konstruktion gehen wir von ăidealenŇ NŠgeln der Dicke Null aus. Wie
aber, wenn die NŠgel einen realen Durchmesser
haben?
Bei echten NŠgeln kommen wir mit dem Geo-Dreieck nicht mehr bis zum Thaleskreis.

Das UnzulŠngliche, hier wirdŐs Ereignis
Was fźr eine Kurve beschreibt die Ecke des Geo-Dreieckes in diesem Fall?.
Zur Auffindung der Parameterdarstellung mag folgende Figur hilfreich sein:

Figur zum Nachdenken
Fźr die Kurve, welche die Ecke beim rechten Winkel des Geo-Dreieckes beschreibt, ergibt sich die Parameterdarstellung:

Fźr
ergibt sich:

Der reale ăThaleskreisŇ
Das ist natźrlich kein Kreis mehr, sondern eine †berlagerung von zwei Kreisbewegungen mit unterschiedlicher Drehfrequenz. Man nennt das eine Epizykloide.
Wir sehen allerdings in unserer Figur, dass wir die Parametergrenzen nicht genau gefunden haben. Daher:
Frage 2: Welches sind die sauberen Parametergrenzen?
Man kann sich auch fragen, was bei einer Ausweitung des Parameterbereiches geschieht.
Die folgende
Figur zeigt die Situation fźr
und
:

Erweiterter Parameterbereich
Wir erhalten eine Schlinge mit zwei UmlŠufen.
Und nun noch einige Bildchen mit verschiedenen Werten von r.

r = 0.5 und r = 1

r = Ă2 und r = 2
Was fźr eine Kurve beschreiben die beiden anderen Ecken des Geodreieckes?
Wir geben
den Punkten A und B die Koordinaten
und
. Das Geo-Dreieck habe die Ecken
mit dem rechten
Winkel in C. Die SchenkellŠnge des
Geo-Dreieckes sei s. Wir verwenden den Parameter t gemЧ Figur.

Wo
spaziert die Ecke
?
Fźr den
Weg der Ecke
erhalten wir die
Parameterdarstellung:

Fźr
ergibt sich die
schwarze Kurve der folgenden Figur:

![]()
Sie ist etwas bescheiden, aber wenn man sich die Dynamik des Geo-Dreieckes vorstellt, stimmt es.
Fźr den
erweiterten Parameterbereich
ergibt sich eine
geschlossene Kurve. Mit dem Geo-Dreieck ist das allerdings nur noch virtuell
mšglich; die Katheten mźssen źber die Ecken hinaus verlŠngert werden.

Erweiterter Parameterbereich
Fźr den
Grenzfall
und den
erweiterten Parameterbereich
erhalten wir die
so genannte Kardioide oder Herzkurve.
Sie ist eine spezielle Epizykloide (Abrollkurve).

Herzkurve
Welches sind die sauberen Parametergrenzen?
Die Figur zeigt die Startsituation:

Startsituation
Der
Startwinkel ist nicht Null, sondern
. In unserer Parametrisierung beschreibt
die Orientierung
des Geo-Dreieckes. Fźr den Startparameter
erhalten wir
also:

Analoges gilt fźr die Endposition.
Somit
erhalten wir die richtigen Intervallgrenzen:
. Die folgenden Figur zeigt die Situation fźr
:

OmaŐs Brille