MathProf - Kegelschnitte - Gerade - Ellipse - Kegelschnittkurve
Fachthema: Kegelschnitt - Gerade - Ellipse - Parabel - Hyperbelfunktion - Schnittpunkte
MathProf - Geometrie - Software für interaktive Mathematik für das Berufskolleg, die Oberstufe, das Abitur und das Studium zum Lösen verschiedenster Aufgaben und zur Visualisierung relevanter Sachverhalte mittels Simulationen sowie zwei- und dreidimensionaler Animationen.
Online-Hilfe
für das Modul zur Praktizierung von Untersuchungen mit Kegelschnitten in Mittelpunktlage (Kurven 2. Ordnung) und Geraden.
Neben der Darstellung relevanter Sachverhalte erfolgt in diesem Programmteil unter anderem das Berechnen der Schnittpunkte einer Gerade mit einem definierten Kegelschnitt sowie die Ermittlung der Tangenten und Normalen in vorhandenen Schnittpunkten derartiger Gebilde.
Untersuchungen dieser Art können mit Ellipse, Kreis, Hyperbel und Parabel durchgeführt werden. Auch erfolgt die Analyse wesentlicher Eigenschaften der entsprechenden Funktion. Brennpunkte, Halbachsen, Exzentrizität, Asymptoten und Evolute des betreffenden Gebildes lassen sich ermitteln und ausgeben.
Die Berechnung der Werte erforderlicher Größen erfolgt zur Echtzeit. Der Rechner stellt die entsprechenden Zusammenhänge unmittelbar nach Eintritt einer interaktiven Operation dar. Jedes relevante Ergebnis einer durchgeführten Berechnung zu diesem Fachthema wird aktualisiert ausgegeben.
Beispiele, welche Aufschluss über die Verwendbarkeit und Funktionalität
dieses Programmmoduls geben, sind implementiert.
Weitere relevante Seiten zu diesem Programm
Durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Schaltfläche gelangen Sie zur Startseite dieser Homepage.
Themen und Stichworte zu diesem Modul:Kurven 2. Ordnung - Kegelschnitt - Ellipse - Hyperbel - Gerade - Graph - Schnittpunkte einer Gerade und einer Ellipse - Schnittpunkte einer Gerade und einer Hyperbel - Schnittpunkte einer Gerade und einer Parabel - Kegelschnitt - Brennpunkt - Schnittpunkt - Kegelschnittkurve - Ellipse plotten - Kreis plotten - Parabel plotten - Hyperbel plotten - Darstellen - Plotten - Plotter - Rechner |
Kegelschnitte in Mittelpunktlage und Gerade
Modul Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Gerade
Mit dem Unterprogramm [Geometrie] - [Kegelschnitte] - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Gerade können Untersuchungen mit mathematischen Kurven, die als Kegelschnitte (Kurven zweiter Ordnung) in Mittelpunktlage bezeichnet werden, und Geraden durchgeführt werden.
Von Kegelschnitten dieser Art spricht man, wenn ein gerader Kreiskegel von einer Ebene geschnitten wird und der Mittelpunkt des Kegelschnitts im Koordinatenursprung liegt.
In diesem Modul können Untersuchungen mit Kegelschnitten in Mittelpunktlage und Geraden durchgeführt werden. An Kegelschnitten stehen zur Auswahl:
- Ellipse
- Ellipse (Parameterform - Parameterdarstellung)
- Hyperbel
- Hyperbel (Parameterform - Parameterdarstellung)
- Parabel mit horizontaler Öffnungsrichtung
- Parabel mit vertikaler Öffnungsrichtung
- Parabel mit horizontaler Öffnungsrichtung (Parameterform - Parameterdarstellung)
- Parabel mit vertikaler Öffnungsrichtung (Parameterform - Parameterdarstellung)
Geraden können in einer der folgenden Formen definiert werden:
- Zwei-Punkte-Form
- Steigungsform y = m·x+b
Für die entsprechende Kegelschnittkurve und die Gerade werden u.a. ermittelt und grafisch ausgegeben:
- Schnittpunkte des Kegelschnitts und der Gerade
- Tangenten und Normalen des Kegelschnitts in Schnittpunkten
Für Kegelschnitte werden zudem berechnet und dargestellt:
- Brennpunkte und Brennstrahlen des Kegelschnitts
- Asymptoten des Kegelschnitts (bei Hyperbeln)
Mathematische Zusammenhänge - Formeln - Grundlagen
Mittelpunktsgleichungen der Kegelschnitte:
Hyperbel (Hyperbelgleichung):
Ellipse (Ellipsengleichung):
Parabel (Parabelgleichung - horizontale Öffnungsrichtung):
Mittelpunktsgleichungen der Kegelschnitte in Parameterform (Parameterdarstellung):
Hyperbel (Hyperbelgleichung):
Ellipse (Ellipsengleichung):
Parabel (Parabelgleichung - horizontale Öffnungsrichtung):
Parabel (Parabelgleichung - vertikale Öffnungsrichtung):
Berechnungsergebnisse
Das Programm ermittelt die Werte folgender Eigenschaften der Kegelschnitte in Mittelpunktlage:
Hyperbel:
Allgemeine Eigenschaften des Kegelschnitts:
- Halbachse a
- Halbachse b
- Parameter 2p
- Lineare Exzentrizität e
- Numerische Exzentrizität ε
- Scheitelpunkte
- Mittelpunkt
- Brennpunkte
- Abstand der Brennpunkte
- Gleichungen der Asymptoten
- Eigenschaften des Hauptkreises
Eigenschaften des Kegelschnitts an untersuchter Stelle:
- Koordinatenwerte der Punkte an U-Stelle
- Gleichungen der Tangenten
- Tangentenlänge
- Subtangentenlänge
- Gleichungen der Normalen
- Normalenlänge
- Subnormalenlänge
- Länge der Brennstrahlen
- Mittelpunkt und Radius der Krümmungskreise
- Flächeninhalt eines Segments
- Flächeninhalt eines Sektors
Ellipse:
Allgemeine Eigenschaften des Kegelschnitts:
- Halbachse a
- Halbachse b
- Parameter 2p
- Lineare Exzentrizität e
- Numerische Exzentrizität ε
- Scheitelpunkte
- Mittelpunkt
- Brennpunkte
- Abstand der Brennpunkte
- Fläche und Umfang der Ellipse
- Eigenschaften des Haupt- und Nebenkreises
Eigenschaften des Kegelschnitts an untersuchter Stelle:
- Koordinatenwerte der Punkte an U-Stelle
- Gleichungen der Tangenten
- Tangentenlänge
- Subtangentenlänge
- Gleichungen der Normalen
- Normalenlänge
- Subnormalenlänge
- Länge der Brennstrahlen
- Mittelpunkt und Radius der Krümmungskreise
- Flächeninhalt eines Segments
- Flächeninhalt eines Sektors
Parabel:
Allgemeine Eigenschaften des Kegelschnitts:
- Parameter 2p
- Lineare Exzentrizität e
- Numerische Exzentrizität ε
- Scheitelpunkt
- Brennpunkt
- Öffnungsrichtung
Eigenschaften des Kegelschnitts an untersuchter Stelle:
- Koordinatenwerte der Punkte an U-Stelle
- Gleichungen der Tangenten
- Tangentenlänge
- Subtangentenlänge
- Gleichungen der Normalen
- Normalenlänge
- Subnormalenlänge
- Länge der Brennstrahlen
- Mittelpunkt und Radius der Krümmungskreise
- Flächeninhalt eines Segments
- Flächeninhalt eines Sektors
- Länge eines Bogens
Berechnung und grafische Darstellung
Um Untersuchungen mit Geraden und Kegelschnitten dieser Art durchzuführen, sollten Sie folgendermaßen vorgehen:
- Wählen Sie das entsprechende Registerblatt, auf welchem sich die Eingabefelder zur Definition des zu untersuchenden Kegelschnitts befinden.
- Legen Sie durch die Eingabe relevanter Werte die Parameter des Kegelschnitts fest.
- Wählen Sie durch die Aktivierung des entsprechenden Kontrollschalters die Form der Gerade (Gerade der Form y = m·x+b, Gerade - 2-P-Form), mit welcher Sie die Untersuchungen durchführen möchten und geben Sie die dafür erforderlichen Koeffizienten in die entsprechenden Felder ein.
- Bedienen Sie die Schaltfläche Berechnen.
- Möchten Sie sich den Kegelschnitt sowie die Lage der Gerade grafisch veranschaulichen, so klicken Sie hierauf auf die Schaltfläche Darstellen.
Hinweis:
Bei der grafischen Darstellung werden die Kegelschnitte stets nur über einen begrenzten Parameterwertebereich ausgegeben. Dies kann dazu führen, dass sich errechnete Schnittpunkte außerhalb des dargestellten Bereichs des Kegelschnitts befinden. Auf die numerisch ermittelten Berechnungsergebnisse hat dies jedoch keinen Einfluss.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
Mathematische Funktionen I - Mathematische Funktionen II - Funktionen in Parameterform - Funktionen in Polarform - Kurvenscharen - Funktionsparameter - Kubische Funktionen - Zahlenfolgen - Interaktiv - Rekursive Zahlenfolgen - Interaktiv - Quadratische Funktionen - Interaktiv - Parabel und Gerade - Interaktiv - Ganzrationale Funktionen - Interaktiv - Gebrochenrationale Funktionen - Interaktiv - Kurvendiskussion - Interaktiv - Ober- und Untersummen - Interaktiv - Integralrechnung - Interaktiv - Hypozykoide - Sinusfunktion und Cosinusfunktion - Fourier-Reihen - Implizite Funktionen - Zweipunkteform einer Gerade - Kreis und Punkt - Interaktiv - Kegelschnitte in achsparalleler Lage - Interaktiv - Rechtwinkliges Dreieck - Interaktiv - Allgemeines Dreieck - Interaktiv - Höhensatz - Eulersche Gerade - Richtungsfelder von Differentialgleichungen - Addition und Subtraktion komplexer Zahlen - Binomialverteilung - Interaktiv - Galton-Brett - Satz des Pythagoras - Bewegungen in der Ebene - Dreieck im Raum - Würfel im Raum - Torus im Raum - Schiefer Kegel - Pyramide - Pyramidenstumpf - Doppelpyramide - Hexaeder - Dodekaeder - Ikosaeder - Abgestumpftes Tetraeder - Abgestumpftes Ikosidodekaeder - Johnson Polyeder - Punkte im Raum - Strecken im Raum - Rotationskörper - Rotation um die X-Achse - Rotationskörper - Parametergleichungen - Rotation um die X-Achse - Rotationskörper - Parametergleichungen - Rotation um die Y-Achse - Flächen im Raum I - Flächen im Raum II - Analyse impliziter Funktionen im Raum - Flächen in Parameterform I - Flächen in Parameterform II - Flächen mit Funktionen in Kugelkoordinaten I - Flächen mit Funktionen in Kugelkoordinaten II - Flächen mit Funktionen in Zylinderkoordinaten - Raumkurven I - Raumkurven II - Raumkurven III - Quadriken - Ellipsoid - Geraden im Raum I - Geraden im Raum II - Ebene durch 3 Punkte - Ebenen im Raum - Kugel und Gerade - Kugel - Ebene - Punkt - Raumgittermodelle
Bedienformular
Auf dem Bedienformular, welches durch Anklicken im obersten schmalen Bereich und bei Gedrückthalten der linken Maustaste verschiebbar ist, können Sie u.a. durch die Aktivierung bzw. Deaktivierung der entsprechenden Kontrollkästchen folgende zusätzliche Einstellungen vornehmen:
- Evolute: Darstellung der Evolute ein-/ausschalten
- Brennstrahlen: Darstellung der Brennstrahlen an U-Stelle ein-/ausschalten
- Asymptoten: Darstellung von Asymptoten ein-/ausschalten (bei Hyperbeln)
- Hauptkreis: Darstellung des Hauptkreises (bei Hyperbeln) ein-/ausschalten
- Haupt- / Nebenkreis: Darstellung des Haupt- und Nebenkreises (bei Ellipsen) ein-/ausschalten
- Tangenten: Darstellung der Tangenten des Kegelschnitts in Schnittpunkten ein-/ausschalten
- Normalen: Darstellung der Normalen des Kegelschnitts in Schnittpunkten ein-/ausschalten
- Punkte: Markierung der Punkte des Kegelschnitts in Schnittpunkten, sowie der Brennpunkte etc. ein-/ausschalten
- Koordinaten: Koordinatenwertanzeige der Punkte des Kegelschnitts in Schnittpunkten, sowie der Brennpunkte etc. ein-/ausschalten
Allgemein
Allgemeines zum Handling des Programms bzgl. der Darstellung zweidimensionaler Grafiken wird unter Zweidimensionale Grafiken - Handling beschrieben. Wie Sie das Layout einer 2D-Darstellung konfigurieren können, erfahren Sie unter Layoutkonfiguration. Methoden zur Implementierung und zum Umgang mit grafischen Objekten werden unter Implementierung und Verwendung grafischer Objekte behandelt.
Weitere Themenbereiche
Kegelschnitte in Mittelpunktlage
Kegelschnitte in Mittelpunktlage – Interaktiv
Kegelschnitte in achsparalleler Lage
Kegelschnitte in achsparalleler Lage – Interaktiv
Beispiele
Beispiel 1 - Hyperbel in Mittelpunktlage und Gerade:
Eine Hyperbel sei durch nachfolgende Gleichung definiert:
Es gilt u.a, die Schnittpunkte der Hyperbel mit einer Geraden ermitteln zu lassen, welche durch die Gleichung
Y = -0,5·X-3
beschrieben wird.
Vorgehensweise und Lösung:
Nach einer Wahl des Registerblatts Hyperbel I, der Aktivierung des Kontrollschalters Gerade der Form y = m·x+b und einer Eingabe der Werte der erforderlichen Koeffizienten in die entsprechenden Felder, ermittelt das Programm nach einer Bedienung der Schaltfläche Berechnen folgende Ergebnisse:
Allgemeine Eigenschaften des Kegelschnitts:
Halbachse a: 3,464
Halbachse b: 3,742
Parameter 2p: 8,083
Lin. Exzentrizität e: 5,099
Num. Exzentrizität eta: 1,472
Scheitelpunkt 1: A (-3,464 / 0)
Scheitelpunkt 2: B (3,464 / 0)
Mittelpunkt: M (0 / 0)
Brennpunkt 1: F1 (-5,099 / 0)
Brennpunkt 2: F2 (5,099 / 0)
Brennpunktabstand: 10,198
Asymptote 1: Y = 1,08·X
Asymptote 2: Y = -1,08·X
Hauptkreis: Mittelpunkt Mh (0 / 0) Radius r = 3,464
Für die Schnittpunkte von Gerade und Kegelschnitt:
Schnittpunkt 1: SP1 (6,906 / -6,453)
Schnittpunkt 2: SP2 (-3,633 / -1,183)
Tangente des KS in Schnittpunkt 1: Y = -1,249·X + 2,17
Normale des KS in Schnittpunkt 1: Y = 0,801·X - 11,984
Tangente des KS in Schnittpunkt 2: Y = 3,582·X + 11,83
Normale des KS in Schnittpunkt 2: Y = 0,279·X - 2,198
Beispiel 2 - Ellipse in Parameterform in Mittelpunktlage und Gerade:
Eine Ellipse sei durch nachfolgende Gleichungen in Parameterform definiert:
x = 5·cos(k)
y = 9·sin(k)
mit 0 ≤ k ≤ 2π
Es gilt u.a., die Schnittpunkte mit einer Geraden ermittel zu lassen, welche durch die Punkte P1 (4 / 4) und P2 (-1 / 2) verläuft.
Vorgehensweise und Lösung:
Nach einer Wahl des Registerblatts Ellipse II, der Aktivierung des Kontrollschalters Gerade in 2-P-Form und einer Eingabe der Werte der erforderlichen Koeffizienten in die entsprechenden Felder, ermittelt das Programm nach einer Bedienung der Schaltfläche Berechnen folgende Ergebnisse:
Allgemeine Eigenschaften des Kegelschnitts:
Halbachse a: 5
Halbachse b: 9
Parameter 2p: 32,4
Lin. Exzentrizität e: 7,483
Num. Exzentrizität eta: 0,831
Scheitelpunkt 1: A (-5 / 0)
Scheitelpunkt 2: B (5 / 0)
Scheitelpunkt 3: C (0 / 9)
Scheitelpunkt 4: D (0 / -9)
Mittelpunkt: M (0 / 0)
Brennpunkt 1: F1 (0 / -7,483)
Brennpunkt 2: F2 (0 / 7,483)
Brennpunktabstand: 14,966
Fläche A: 141,372
Umfang u: 44,862
Hauptkreis: Mittelpunkt: Mh (0 / 0) Radius r = 5
Nebenkreis: Mittelpunkt: Mn (0 / 0) Radius r = 9
Für die Schnittpunkte von Gerade und Kegelschnitt:
Schnittpunkt 1: SP1 (4,43 / 4,172)
Schnittpunkt 2: SP2 (-4,995 / 0,402)
Tangente des KS in SP1: Y = -3,441·X + 19,415
Normale des KS in SP1: Y = 0,291·X + 2,884
Tangente des KS in SP2: Y = 40,259·X + 201,495
Normale des KS in SP2: Y = -0,025·X + 0,278
Beispiel 3 - Parabel in Parameterform in Mittelpunktlage und Gerade:
Eine horizontal liegende Parabel sei durch folgende Parametergleichungen definiert:
x = -k²
y = 3·k
mit 0 ≤ k < ∞
Es gilt u.a., die Schnittpunkte der Parabel mit einer Geraden ermitteln zu lassen, deren Gleichung lautet:
Y = 2·X+4
Vorgehensweise und Lösung:
Nach einer Wahl des Registerblatts Parabel II, der Aktivierung der Kontrollschalter X = -K²; Y = t·k und Gerade der Form y = m·x+b, sowie einer Eingabe der Werte der erforderlichen Koeffizienten in die entsprechenden Felder, ermittelt das Programm nach einer Bedienung der Schaltfläche Berechnen folgende Ergebnisse:
Allgemeine Eigenschaften des Kegelschnitts:
Parameter 2p: 9
Scheitelpunkt: S (0 / 0)
Brennpunkt: F (-2,25 / 0)
Öffnungsrichtung: nach links
Für die Schnittpunkte von Gerade und Kegelschnitt:
Schnittpunkt 1: SP1 (-0,724 / 2,552)
Schnittpunkt 2: SP2 (-5,526 / -7,052)
Tangente des KS in SP1: Y = -1,763·X + 1,276
Normale des KS in SP1: Y = 0,567·X + 2,963
Tangente des KS in SP2: Y = 0,638·X - 3,526
Normale des KS in SP2: Y = -1,567·X - 15,713
Grafische Darstellung - Beispiel 1
Grafische Darstellung - Beispiel 2
Grafische Darstellung - Beispiel 3
Grafische Darstellung - Beispiel 4
Grafische Darstellung - Beispiel 5
Grafische Darstellung - Beispiel 6
Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Screenshots zum Themengebiet Analysis - Screenshots zum Themengebiet Geometrie - Screenshots zum Themengebiet Trigonometrie - Screenshots zum Themengebiet Algebra - Screenshots zum Themengebiet 3D-Mathematik - Screenshots zum Themengebiet Stochastik - Screenshots zum Themengebiet Vektoralgebra sowie unter Screenshots zu sonstigen Themengebieten.
Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter folgenden Adressen zu finden.
Wikipedia - Kegelschnitte
Wikipedia - Hyperbel
Wikipedia - Ellipse
Wikipedia - Parabel
Wikipedia - Gerade
Achsenabschnittsform einer Geraden - Punkt-Richtungs-Form einer Geraden - Zwei-Punkte-Form einer Geraden - Hessesche Normalenform einer Geraden - Allgemeine Form einer Gerade - Gerade - Gerade - Gerade - Gerade - Interaktiv - Gerade - Punkt - Gerade - Punkt - Interaktiv - Geradensteigung - Kreis - Punkt - Kreis - Punkt - Interaktiv - Kreis - Gerade - Kreis - Gerade - Interaktiv - Kreis - Kreis - Kreis - Kreis - Interaktiv - Kreisausschnitt - Kreissegment - Kreisring - Ellipse - Regelmäßiges Vieleck - Viereck - Allgemeines Viereck – Interaktiv - Satz des Ptolemäus - Satz des Arbelos - Pappus-Kreise - Archimedische Kreise - Hippokrates Möndchen - Varignon-Parallelogramm - Rechteck-Scherung - Soddy-Kreise - Polygone - Bewegungen in der Ebene - Affine Abbildung - Analyse affiner Abbildungen - Inversion einer Geraden am Kreis - Inversion eines Kreises am Kreis - Spirolateralkurven - Spiralen im Vieleck - Granvillesche Kurven - Bérard-Kurven - Eikurven - Kegelschnitt - Prinzip - Pyramidenschnitt - Prinzip - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Interaktiv - Kegelschnitte in achsparalleler Lage - Kegelschnitte in achsparalleler Lage - Interaktiv - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Punkt - Allgemeine Kegelschnitte - Kegelschnitte durch 5 Punkte - Interaktive Geometrie mit Objekten - Winkelmaße - Strahlensatz - Teilungsverhältnis - Konstruktion einer Mittelsenkrechten - Konvexe Hülle - Dreieck - Pyramide - Quader im Raum (3D) - Krummflächig begrenzte Körper (3D) - Ebenflächig und krummflächig begrenzte Körper (3D) - Platonische Körper (3D) - Archimedische Körper (3D) - Spezielle Polyeder (3D) - Selfbuild - Punkte (3D) - Selfbuild - Strecken (3D
MathProf 5.0 - Unterprogramm Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Punkt
MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven von Funktionen in Parameterform
PhysProf 1.1 - Unterprogramm Adiabatische Zustandsänderung
SimPlot 1.0 - Grafik- und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.