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 #4
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Die Mittelpunkte der beiden größeren Kreise liegen auf der Winkelhalbierenden ¯AC, die zugleich die Diagonale des Quadrats ist. Der Punkt T sei der Berührungspunkt des gegebenen Kreises um U mit der Seite ¯AB. Da der Radius ¯UT senkrecht auf ¯AB steht, ist das Dreieck ATU zugleich gleichschenklig und rechtwinklig, und wegen des Satzes des Pythagoras folgt |¯AU|=2R, der sich auch in |¯VC|=2R anwenden lässt; mithin ist

 

|¯AC|=|¯AU|+|¯UV|+|¯VC|=2R+2R+2R=2R+22R.

 

Auf den Seiten ¯AB und ¯BC mögen N beziehungsweise P diejenigen Punkte sein, für die die Gerade PN die beiden größeren Kreise tangiert. Es ist PN parallel zur Diagonale ¯AC, denn die gegebene Situation ist symmetrisch bezüglich Spiegelung an der anderen Diagonale des Quadrats.

 

Ferner sei ADEC das Rechteck, dessen Seite ¯DE man durch Verlängerung von ¯PN erhält. Schließlich seien M der Mittelpunkt und F der auf ¯PN gelegene Berührungspunkt des Innenkreises des Dreiecks BPN.

 

 

Da der Kreis mit Radius R um U seinen Mittelpunkt auf der Grundseite ¯AC des Rechtecks ADEC hat und die gegenüberliegende Seite berührt, ist die Höhe |¯AD|=R. Das Dreieck ADN ist zugleich gleichschenklig und rechtwinklig; insbesondere gilt für seine Katheten

 

|¯DN|=|¯AD|=R,

 

und analog überlegt man sich, dass auch |¯PE|=R gilt.

 

Da auch das Dreieck BPN zugleich gleichschenklig und rechtwinklig ist, muss F der Mittelpunkt seiner Hypotenuse sein, was |¯NF|=|¯FP|=|¯BF|impliziert. Damit wird man auf eine zweite Formel für geführt, nämlich

 

|¯AC|=|¯DE|=|¯DN|+|¯NF|+|¯FP|+|¯PE|=2R+2|¯BF|.

 

Im Zusammenspiel mit (1) zeigt dies

 

|¯BF|=2R.

 

Wegen

 

|¯BF|=|¯BM|+|¯MF|=2r+r=(2+1)r

 

folgt hieraus

 

r=2R2+1=2(21)R(2+1)(21)=(22)R.

 

QED

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