Dreiecksproblem

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Blume22 Auf diesen Beitrag antworten »
Dreiecksproblem
Meine Frage:
Liebe alle!

Angabe: Ein Dreieck ABC mit Umkreis ist gegeben. Man wählt einen beliebigen Punkt P im Inneren des Dreiecks und konstruiert zwei weitere Dreiecke. Das Dreieck A1B1C1 entsteht, indem die Verbindungsgeraden der Punkte A, B, C zu P mit k geschnitten werden. Das Dreieck DEF entsteht, indem man von P aus die Lote auf die Seiten des Dreiecks ABC fällt. Was fällt bei A1B1C1 und DEF auf?



Meine Ideen:
Nachdem ich den Sachverhalt mit GeoGebra (einer dynamischen Geometriesoftware) aufgezeichnet habe, habe ich vermutet, dass die beiden Dreiecke DEF und A1B1C1 ähnlich sind. Um einfacher zu beginnen habe ich dann zuerst den Spezialfall betrachtet, dass der Umkreismittelpunkt von ABC gleich P ist. In diesem Spezialfall habe ich eine nächste Vermutung entwickelt, nämlich, dass Wenn P= Umkreismittelpunkt ist, alle drei Dreiecke ähnlich sind. Wählt man eine Dreieckseite des Dreiecks ABC so, dass sie die Diagonale des Kreises durch den Umkreismittelpunkt ist, so kann man mit Hilfe des Pythagoras zeigen, dass diese Aussage stimmt, und für ein gleichseitiges Dreieck habe ich den Sachverhalt der drei ähnlichen Dreiecke ebenfalls bereits zeigen können.

Nun bleibt mir jedoch noch übrig, sowohl meinen Sonderfall P=Umkreismittelpunt, als auch den reguläre Fall zu beweisen, nur leider komme ich nicht mehr weiter. Ich würde mich über Tipps und Tricks sehr freuen!
HAL 9000 Auf diesen Beitrag antworten »

Man könnte natürlich versuchen, dass ganze analytisch zu erschlagen, d.h., ausgehend von Punktkoordinaten die von berechnen und darüber dann die Ähnlichkeit nachweisen. Aber da gibt es sicher auch was eleganteres, das mit weniger Aufwand verbunden ist - den analytischen Weg würde ich daher eher als letzten, unangenehmen Ausweg sehen. verwirrt
riwe Auf diesen Beitrag antworten »

irgendetwas verstehe ich da vermutlich falsch verwirrt
Blume22 Auf diesen Beitrag antworten »

Du hast bis jetzt nur das Dreieck A1B1C1 konstruiert. Das Dreieck DEF (siehe Aufgabe) musst du auch nocht konstruieren und bei diesen beiden Dreiecken soll einem dann was auffallen.
riwe Auf diesen Beitrag antworten »

Zitat:
Original von Blume22
Du hast bis jetzt nur das Dreieck A1B1C1 konstruiert. Das Dreieck DEF (siehe Aufgabe) musst du auch nocht konstruieren und bei diesen beiden Dreiecken soll einem dann was auffallen.

und was verwirrt
HAL 9000 Auf diesen Beitrag antworten »

Zitat:
Original von Blume22
Das Dreieck DEF entsteht, indem man von P aus die Lote auf die Seiten des Dreiecks ABC fällt.

Das wird wohl bedeuten, dass D,E,F die entsprechenden Lotfußpunkte sind. Die liegen also auf den Dreiecksseiten von ABC, nicht auf . Augenzwinkern
 
 
riwe Auf diesen Beitrag antworten »

mein Retter Augenzwinkern Freude
riwe Auf diesen Beitrag antworten »

starker Verdacht: Peripheriewinkelsatz und Sehnen4ecke führen ans Ziel Augenzwinkern
Blume22 Auf diesen Beitrag antworten »

Danke für deine Hilfe! Die Winkel des Dreiecks A1B1C1 kann ich so ganz einfach berechnen, aber wie kommst du auf die Winkel des Dreiecks DEF?

Ich habe schon versucht mir sämtliche Winkel der Konstruktion auszudrücken, aber leider bisher ohne Erfolg, da ich nie zu den Winkeln im Dreieck komme. Mir fehlt so etwas wie rechtwinkelige Dreiecke, wo ich mir einen Winkel ausdrücken kann mit Hilfe der 90 Grad und einem anderen Winkel.
riwe Auf diesen Beitrag antworten »

Zitat:
Original von Blume22
Danke für deine Hilfe! Die Winkel des Dreiecks A1B1C1 kann ich so ganz einfach berechnen, aber wie kommst du auf die Winkel des Dreiecks DEF?

Ich habe schon versucht mir sämtliche Winkel der Konstruktion auszudrücken, aber leider bisher ohne Erfolg, da ich nie zu den Winkeln im Dreieck komme. Mir fehlt so etwas wie rechtwinkelige Dreiecke, wo ich mir einen Winkel ausdrücken kann mit Hilfe der 90 Grad und einem anderen Winkel.

da bist du auf einem guten Weg, man hat doch rechte Winkel Augenzwinkern

sei D der Winkel, der A´ entsprcht, dann hast du mit einer "kleinen Winkeljagd":


(omega sei der Winkel bei F, die Winkel mußt du geeignet aufteilen smile )

was hast du denn für den Winkel bei A´?
riwe Auf diesen Beitrag antworten »

wunschgemäß das Bilderl mit meinen Bezeichnern, ( ich hoffe du kannst alles entziffern)

wie du schon berstimmt hast:



nun zu dem Winkel bei R und den rechtwinkeligen 3ecken, wo es bei dir hapert Augenzwinkern



und nun bleibt zu zeigen


siehe meinen Beitrag oben

eine Bitte: bitte alles hier im boardbelassen nicht per pn Augenzwinkern
Blume22 Auf diesen Beitrag antworten »

Super, danke - bisher habe ich nun alles hingekriegt und verstanden.

Im letzten Schritt vermute ich nun, bzw. sehen ich es auch anhand einer geometrie Software, dass Ä2=²2 und Ã1=³1, da so A'=w sein würde. Analog auch für die anderen beiden Winkel. Ich hätte es schon mit Gleichsetzen der Winkelsumme verschiedenster Dreiecke versucht, einen Beweis der Hand und Fuß hat habe ich noch nicht, aber bin ich auf dem richtigen Weg?
riwe Auf diesen Beitrag antworten »

Zitat:
Original von Blume22
Super, danke - bisher habe ich nun alles hingekriegt und verstanden.

Im letzten Schritt vermute ich nun, bzw. sehen ich es auch anhand einer geometrie Software, dass Ä2=²2 und Ã1=³1, da so A'=w sein würde. Analog auch für die anderen beiden Winkel. Ich hätte es schon mit Gleichsetzen der Winkelsumme verschiedenster Dreiecke versucht, einen Beweis der Hand und Fuß hat habe ich noch nicht, aber bin ich auf dem richtigen Weg?


da ich nicht einmal ansatzweise vermuten will, was
Ä2 =²2 ... sein soll, weiß ich da keinen Rat unglücklich

der von dir gesuchte Weg steht doch oben: SEHNEN4ECKE suchen, die sind doch leicht zu finden, wenn man schon weiß/vermutet, welche Winkel gleich sein sollen!!!
HAL 9000 Auf diesen Beitrag antworten »

War letztens wohl etwas blind, aber Werner hat mich auf die richtige Spur gebracht:

[attach]48118[/attach]

Neben den (selbstverständlichen) Sehnenvierecken im Kreis sind auch noch die interessant, die durch gegenüberliegende rechte Winkel entstehen, für die oben farbig eingezeichneten Winkel sind das konkret die Sehnenvierecke AFPE (rot) sowie CEPD (gelb).
riwe Auf diesen Beitrag antworten »

ja, genau die meinte ich Augenzwinkern

@HAL, ich habe einmal begonnen, es zu rechnen; auch wenn alles schön symmetrisch ist, nach der 3. eng bemalten Seite habe ich wo gegeben Augenzwinkern
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Zitat:
Original von riwe
@HAL, ich habe einmal begonnen, es zu rechnen; auch wenn alles schön symmetrisch ist, nach der 3. eng bemalten Seite habe ich wo gegeben Augenzwinkern

Hier zeigt sich mal wieder, dass bei solchen Problemen die synthetische Geometrie häufig der analytischen Geometrie überlegen ist. Um so bedauerlicher finde ich es, dass sie derzeit in den Schulen nur noch ein Schattendasein führt.

Aus Spaß an der Freud habe ich mal versucht, mit einem CAS (Mathematica) einen rechnerischen Nachweis zu führen. Selbst da bin ich auf Probleme gestoßen. Mathematica liefert für den Kosinus korrespondierender Winkel Terme, die auf den ersten Blick nicht gleich aussehen, von denen man aber hoffen kann, dass ein Mensch mit genügend Geduld sie als gleich nachweist. Aber trotz Hilfestellungen, wie alle Größen sind reell, konnte ich Mathematica nicht bewegen, die Terme als gleich zu erkennen. Erst für das Quadrat des Cosinus korrespondierender Winkel ergeben sich gleiche Ausdrücke. Ich füge mal meinen Mathematica-Code an, der hoffentlich genügend selbsterkärend ist.

Hat jemand eine Idee, wie man Mathematica bewegen könnte, die Gleichheit der Cosinusterme zu erkennen?

code:
1:
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36:
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38:
39:
40:
P1 = {x1, y1} = {0, 0};
P2 = {x2, y2} = {x2, 0};
P3 = {x3, y3};
P = {xp, yp};
M = {{0, -1}, {1, 0}};

(* Umkreismittelpunkt *)
ls1 = Solve[(P1 + P2)/2 + s M.(P2 - P1) == (P1 + P3)/2 + t M.(P3 - P1), {s, t}];
Pm = (P1 + P2)/2 + s M.(P2 - P1) /. ls1[[1, 1]];

(* Schnittpunkte mit dem Umkreis *)
tt = -2 ((P - P1).(P1 - Pm))/((P - P1).(P - P1));
P1k = Simplify[P1 + tt (P - P1)];
tt = -2 ((P - P2).(P2 - Pm))/((P - P2).(P - P2));
P2k = Simplify[P2 + tt (P - P2)];
tt = -2 ((P - P3).(P3 - Pm))/((P - P3).(P - P3));
P3k = Simplify[P3 + tt (P - P3)];

(* Lote auf die Seiten *)
tt = ((P - P1).(P2 - P1))/((P2 - P1).(P2 - P1));
P3s = Simplify[P1 + tt (P2 - P1)];
tt = ((P - P1).(P3 - P1))/((P3 - P1).(P3 - P1));
P2s = Simplify[P1 + tt (P3 - P1)];
tt = ((P - P2).(P3 - P2))/((P3 - P2).(P3 - P2));
P1s = Simplify[P2 + tt (P3 - P2)];

(* Seiten und Winkel *)
bk = Simplify[P1k - P3k];
bs = Simplify[P1s - P3s];
ck = Simplify[P1k - P2k];
cs = Simplify[P1s - P2s];
cosak = Simplify[(bk.ck)/Sqrt[(bk.bk) (ck.ck)]];
cosas = Simplify[(bs.cs)/Sqrt[(bs.bs) (cs.cs)]];
Print[cosak^2];
Print[cosas^2];

(-x3^2 xp-xp y3^2+x2 (x3^2-x3 xp+y3 (y3-yp))+x3 (xp^2+yp^2))^2/((x3^2+y3^2) (x3^2-2 x3 xp+xp^2+(y3-yp)^2) (x2^2-2 x2 xp+xp^2+yp^2))

(-x3^2 xp-xp y3^2+x2 (x3^2-x3 xp+y3 (y3-yp))+x3 (xp^2+yp^2))^2/((x3^2+y3^2) (x3^2-2 x3 xp+xp^2+(y3-yp)^2) (x2^2-2 x2 xp+xp^2+yp^2))
Leopold Auf diesen Beitrag antworten »

Zitat:
Original von Huggy
Hier zeigt sich mal wieder, dass bei solchen Problemen die synthetische Geometrie häufig der analytischen Geometrie überlegen ist. Um so bedauerlicher finde ich es, dass sie derzeit in den Schulen nur noch ein Schattendasein führt.


Schattendasein? Die letzten Schatten verschwinden gerade.
An den Schulen wird nur noch blind gerechnet, und das oft nur auf elementarem Niveau. Wofür es nutzt, wozu es dient - wen interessiert das! Manche feiern schon als Erfolg, wenn ein Abiturient einen Dreisatz ohne größeren Unfall hinbekommt.
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