Ein Kreis zu drei Kreisen

Von: , Frage gestellt am Di, 31. Aug 1999

Hi,

wir haben noch ein Problem, auch hier wird eine Funktion gesucht.

In einer Ebene liegen 3 Kreise, die sich weder berühren, noch schneiden. Nun soll ein Kreis konstruiert werden, der alle 3 Kreise tangential berührt. Gegeben sind die Mittelpunkte und die zugehörigen Radien, und von dem neuen Kreis müssen auch diese Werte erstellt werden.

Die Funktion soll aus den Werten der 3 Kreise zum Schluß den neuen Kreis bestimmen.

Vielen Dank im Voraus

Winni

8 Antworten zu dieser Frage

  1. Antwort von nach einer Stunde hilfreich
    Re: Ein Kreis zu drei Kreisen

    Das ist ein schoenes altes Geometrie-
    Problem. Welcher Lehrer bringt das
    heute noch im Unterricht? Denn
    es ist ziemlich anspruchsvoll,

    also erstens mal, es gibt nicht nur
    einen Beruehrkreis, sondern
    fuenf oder sechs (weiss nicht mehr genau).

    Dann muss man ausnutzen, dass bei einer
    Inversion am Kreis Kreise wieder
    auf Kreise abgebildet werden, also:

    1. fuehre eine inversion am Kreis
    mit inversionszentrum auf einem
    der Kreise durch, so dass man nur noch
    zwei Kreise und eine gerade hat, die ein
    dritter Kreis beruehren soll.

    2. Die Mittelpunkte aller Kreise, die
    sowohl einen Kreis, als auch eine
    feste Gerade beruehren liegen
    auf einer Parabel.

    Man findet also zwei Parabeln.
    Die schnittpunkte der Parabeln sind
    schon mal zwei Kreismittelpunkte.
    Sodele, nun

    3.das ganze per Inversion zuruecktransform-
    ieren. und

    4.durch einen der erhaltenen mittelpunkte
    und durch einen Mittelpunkt der vorgegebenen
    Kreise eine Gerade legen. Diese Gerade
    Schneidet den vorgegebenen Kreis in
    zwei Punkten. einer von denen ist
    der Beruehrpunkt des zu konstruierenden
    Kreises mit dem vorgegebenen Kreis.

    Feddich!

    Marco [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

    • Antwort von nach 2 Stunden hilfreich
      Re^2: Ein Kreis zu drei Kreisen

      Hi,

      wir haben noch ein Problem, auch hier
      wird
      eine Funktion gesucht.

      In einer Ebene liegen 3 Kreise, die sich
      weder berühren, noch schneiden. Nun soll
      ein Kreis konstruiert werden, der alle 3
      Kreise tangential berührt. Gegeben sind
      die Mittelpunkte und die zugehörigen
      Radien, und von dem neuen Kreis müssen
      auch diese Werte erstellt werden.

      Die Funktion soll aus den Werten der 3
      Kreise zum Schluß den neuen Kreis
      bestimmen.

      Vielen Dank im Voraus

      Winni


      Das ist ein schoenes altes Geometrie-
      Problem. Welcher Lehrer bringt das
      heute noch im Unterricht? Denn
      es ist ziemlich anspruchsvoll.
      Daß es anspruchsvoll ist, haben wir festgestellt, wir brauchen es für ein CAD-Programm als Makro.
      also erstens mal, es gibt nicht nur
      einen Beruehrkreis, sondern
      fuenf oder sechs (weiss nicht mehr
      genau).
      Theoretisch kannst Du ja schon damit spielen, ob kein, ein, zwei oder alle drei Kreise nnerhalb oder außerhalb des Kreises sind, und wo dann welcher Kreis ist.

      Momentan sollen aber alle 3 Kreise außerhalb liegen.
      Dann muss man ausnutzen, dass bei einer
      Inversion am Kreis Kreise wieder
      auf Kreise abgebildet werden, also:

      1. fuehre eine inversion am Kreis
      mit inversionszentrum auf einem
      der Kreise durch, so dass man nur noch
      zwei Kreise und eine gerade hat, die ein
      dritter Kreis beruehren soll.

      2. Die Mittelpunkte aller Kreise, die
      sowohl einen Kreis, als auch eine
      feste Gerade beruehren liegen
      auf einer Parabel.

      Man findet also zwei Parabeln.
      Die schnittpunkte der Parabeln sind
      schon mal zwei Kreismittelpunkte.
      Sodele, nun

      3.das ganze per Inversion
      zuruecktransform-
      ieren. und

      4.durch einen der erhaltenen mittelpunkte
      und durch einen Mittelpunkt der
      vorgegebenen
      Kreise eine Gerade legen. Diese Gerade
      Schneidet den vorgegebenen Kreis in
      zwei Punkten. einer von denen ist
      der Beruehrpunkt des zu konstruierenden
      Kreises mit dem vorgegebenen Kreis.

      Feddich!

      Marco
      Danke für die Beschreibung, ich werde sie versuchen nachzuvollziehen.

      Gibt es auch eine Möglichkeit der Berechnung? (irgendwas aus der analytischen Geometrie)

      Gruß

      Winni

      • Antwort von nach 21 Stunden hilfreich
        Re^3: Ein Kreis zu drei Kreisen

        Gibt es auch eine Möglichkeit der
        Berechnung? (irgendwas aus der
        analytischen Geometrie)
        Hi Winni,

        Wenn man etwas konstruieren kann,
        kann mans auch berechnen.

        Da die Geometrische Loesung
        auf den Schnitt zweier Parabeln
        rauslaeuft, duerfte das
        Algebraisch auf eine quadratische
        Gleichung fuehren.

        Hmm.. mal schaun. Den Abstand eines
        Punktes der Ebene von einem bestimmten
        Kreis zu berechnen ist ja kein
        Problem. Das ist eine quadratische
        Formel. So, nun von den drei gegebenen
        Kreisen die Formeln hinschreiben und
        gleichsetzen. Duerfte eine quadratisches
        Gleichungssystem mit drei Gleichungen
        und zwei Unbekannten (x- und y-Position
        des Punktes in der Ebene) werden.

        Wenn Du Pech hast, koennte dieses
        Gleichungssystem auf eine Biquadratische
        oder sogar auf ein allgemeineres
        Polynom vierten Grades fuehren.
        (was leider nicht mehr so einfach
        loesbar ist).

        Egal, probier halt mal rum.


        Marco

  2. Antwort von nach 15 Minuten hilfreich
    Re: Ein Kreis zu drei Kreisen

    Also die Konstruktion erscheint mir recht einfach (falls ich da nichts übersehen habe). Gehen wir erst mal von zwei Kreisen aus (K1 und K2). Verbindest Du deren Mittelpunkte, so erhälst Du je einen Schnittpunkt der Strecke mit beiden Kreislinien. Zu dem Streckenabschnitt zwischen den beiden Kreislinien ist die Mittelsenkrechte zu konstruieren, auf der alle Mittelpunkte möglicher berührender Kreise für K1 und K2 liegen. Machst Du das gleiche für K1 und K3, bekommst Du einen Schnittpunkt der Mittelsenkrechten, der dann der gesuchte Kreismittelpunkt ist. Radius des ges. Kreises ist Abstand seines Mittelpunktes zum Mittelpunkt von K1 (oder K2 oder K3) minus dem Radius von K1 (/K2/K3). Mathematisch läßt sich das mit Mathe-LK-Wissen und/oder "Lineare Algebra / Analytische Geometrie"-Vorlesung (erstes Mathe-Semester) berechnen.

    Ich hoffe, dieser etwas dürftige Lösungsweg hilft Dir.

    Wolfgang [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

    • Antwort von nach 38 Minuten hilfreich
      Re^2: Ein Kreis zu drei Kreisen

      Hi Wolfgang,

      also das ist der Weg für 3 gleiche Kreise. Danke erstmal.
      Kennst Du auch eine Lösung für unterschiedliche Kreisgrößen?
      Irgendwie ich hab ne Idee, das über Verktorberechnung zu machen, hab aber keine Formeln und Verzeichnisse da.

      Gruß Winni Also die Konstruktion erscheint mir recht
      einfach (falls ich da nichts übersehen
      habe). Gehen wir erst mal von zwei Kreisen
      aus (K1 und K2). Verbindest Du deren
      Mittelpunkte, so erhälst Du je einen
      Schnittpunkt der Strecke mit beiden
      Kreislinien. Zu dem Streckenabschnitt
      zwischen den beiden Kreislinien ist die
      Mittelsenkrechte zu konstruieren, auf der
      alle Mittelpunkte möglicher berührender
      Kreise für K1 und K2 liegen. Machst Du das
      gleiche für K1 und K3, bekommst Du einen
      Schnittpunkt der Mittelsenkrechten, der
      dann der gesuchte Kreismittelpunkt ist.
      Radius des ges. Kreises ist Abstand seines
      Mittelpunktes zum Mittelpunkt von K1 (oder
      K2 oder K3) minus dem Radius von K1
      (/K2/K3). Mathematisch läßt sich das mit
      Mathe-LK-Wissen und/oder "Lineare Algebra
      / Analytische Geometrie"-Vorlesung (erstes
      Mathe-Semester) berechnen.

      Ich hoffe, dieser etwas dürftige
      Lösungsweg hilft Dir.

      Wolfgang


      Hi,

      wir haben noch ein Problem, auch hier
      wird
      eine Funktion gesucht.

      In einer Ebene liegen 3 Kreise, die sich
      weder berühren, noch schneiden. Nun soll
      ein Kreis konstruiert werden, der alle 3
      Kreise tangential berührt. Gegeben sind
      die Mittelpunkte und die zugehörigen
      Radien, und von dem neuen Kreis müssen
      auch diese Werte erstellt werden.

      Die Funktion soll aus den Werten der 3
      Kreise zum Schluß den neuen Kreis
      bestimmen.

      Vielen Dank im Voraus

      Winni

      • Antwort von nach 3 Tagen hilfreich
        Re^3: Ein Kreis zu drei Kreisen

        Also, die Idee mit den zwei Kreisen ist doch garnicht so schlecht. Man geht ungefähr so vor:
        Suche die Linie, auf der die Mittelpunkte aller Kreise liegen, die Kreis 1 und Kreis 2 berühren. Das führt auf eine Hyperbel:
        verlangt ist d1 - r1 = d2 - r2 = R
        d1/2 = Abstand zu Mittelpunkt 1/2
        r1/2 = Radius Kreis 1/2
        R = Radius des berührenden Kreises
        umgeformt: d1 - d2 = r1 - r2
        Das gleiche für die Kreise 1 und 3 ergibt eine zweite Hyperbel, bleibt nur noch die Berechnung des Schnittpunktes zweier Kegelschnitte zu berechnen, die einen Brennpunkt gemeinsam haben (vermutlich einfacher als das allgemeine Problem mit zwei beliebigen Hyperbeln).
        Das ist dann wahrscheinlich noch einfacher zu rechnen als zu konstruieren, da Hyperbeln mit Zirkel und Lineal nicht so einfach sind.
        Formelmäßig sind Vektoren bestimmt auch eine gute Idee.
        Friedrich Hi Wolfgang,

        also das ist der Weg für 3 gleiche Kreise.
        Danke erstmal.
        Kennst Du auch eine Lösung für
        unterschiedliche Kreisgrößen?
        Irgendwie ich hab ne Idee, das über
        Verktorberechnung zu machen, hab aber
        keine Formeln und Verzeichnisse da.

        Gruß Winni

        Also die Konstruktion erscheint mir recht
        einfach (falls ich da nichts übersehen
        habe). Gehen wir erst mal von zwei
        Kreisen
        aus (K1 und K2). Verbindest Du deren
        Mittelpunkte, so erhälst Du je einen
        Schnittpunkt der Strecke mit beiden
        Kreislinien. Zu dem Streckenabschnitt
        zwischen den beiden Kreislinien ist die
        Mittelsenkrechte zu konstruieren, auf der
        alle Mittelpunkte möglicher berührender
        Kreise für K1 und K2 liegen. Machst Du
        das
        gleiche für K1 und K3, bekommst Du einen
        Schnittpunkt der Mittelsenkrechten, der
        dann der gesuchte Kreismittelpunkt ist.
        Radius des ges. Kreises ist Abstand
        seines
        Mittelpunktes zum Mittelpunkt von K1
        (oder
        K2 oder K3) minus dem Radius von K1
        (/K2/K3). Mathematisch läßt sich das mit
        Mathe-LK-Wissen und/oder "Lineare Algebra
        / Analytische Geometrie"-Vorlesung
        (erstes
        Mathe-Semester) berechnen.

        Ich hoffe, dieser etwas dürftige
        Lösungsweg hilft Dir.

        Wolfgang



        Hi,

        wir haben noch ein Problem, auch hier
        wird
        eine Funktion gesucht.

        In einer Ebene liegen 3 Kreise, die sich
        weder berühren, noch schneiden. Nun soll
        ein Kreis konstruiert werden, der alle 3
        Kreise tangential berührt. Gegeben sind
        die Mittelpunkte und die zugehörigen
        Radien, und von dem neuen Kreis müssen
        auch diese Werte erstellt werden.

        Die Funktion soll aus den Werten der 3
        Kreise zum Schluß den neuen Kreis
        bestimmen.

        Vielen Dank im Voraus

        Winni

      • Antwort von nach 57 Minuten hilfreich
        Ooops - mein Fehler

        Eigentlich sollte meine Lösung allgemeingültig werden, aber da hab ich mir - wie's scheint - doch nicht genug Gedanken drüber gemacht. Das mit der Vektorrechnung (evtl. erweitern auf Matrizen) ist das, was ich im Hinweis auf Mathe-LK oder Uni-Vorlesung meinte. Im Moment überschaue ich noch nicht ganz die Komplexität des Problems. Es könnte sein, dass meine Mittelsenkrechte aus dem ersten Vorschlag zu einer Art Parabel für die allgemeine Lösung wird. Dann würde es mit der einfachen Konstruktion ja nicht mehr so hinhauen. Muss ich in einer ruhigen Stunde aber nochmal drüber nachdenken.

        Wolfgang Hi Wolfgang,

        also das ist der Weg für 3 gleiche Kreise.
        Danke erstmal.
        Kennst Du auch eine Lösung für
        unterschiedliche Kreisgrößen?
        Irgendwie ich hab ne Idee, das über
        Verktorberechnung zu machen, hab aber
        keine Formeln und Verzeichnisse da.

        Gruß Winni

        Also die Konstruktion erscheint mir recht
        einfach (falls ich da nichts übersehen
        habe). Gehen wir erst mal von zwei
        Kreisen
        aus (K1 und K2). Verbindest Du deren
        Mittelpunkte, so erhälst Du je einen
        Schnittpunkt der Strecke mit beiden
        Kreislinien. Zu dem Streckenabschnitt
        zwischen den beiden Kreislinien ist die
        Mittelsenkrechte zu konstruieren, auf der
        alle Mittelpunkte möglicher berührender
        Kreise für K1 und K2 liegen. Machst Du
        das
        gleiche für K1 und K3, bekommst Du einen
        Schnittpunkt der Mittelsenkrechten, der
        dann der gesuchte Kreismittelpunkt ist.
        Radius des ges. Kreises ist Abstand
        seines
        Mittelpunktes zum Mittelpunkt von K1
        (oder
        K2 oder K3) minus dem Radius von K1
        (/K2/K3). Mathematisch läßt sich das mit
        Mathe-LK-Wissen und/oder "Lineare Algebra
        / Analytische Geometrie"-Vorlesung
        (erstes
        Mathe-Semester) berechnen.

        Ich hoffe, dieser etwas dürftige
        Lösungsweg hilft Dir.

        Wolfgang



        Hi,

        wir haben noch ein Problem, auch hier
        wird
        eine Funktion gesucht.

        In einer Ebene liegen 3 Kreise, die sich
        weder berühren, noch schneiden. Nun soll
        ein Kreis konstruiert werden, der alle 3
        Kreise tangential berührt. Gegeben sind
        die Mittelpunkte und die zugehörigen
        Radien, und von dem neuen Kreis müssen
        auch diese Werte erstellt werden.

        Die Funktion soll aus den Werten der 3
        Kreise zum Schluß den neuen Kreis
        bestimmen.

        Vielen Dank im Voraus

        Winni

        • Antwort von nach einer Stunde hilfreich
          Re: Ooops - mein Fehler

          ... was ich im Hinweis auf Mathe-LK oder Uni-Vorlesung meinte. ...
          noe, da musst du eher in steinalten
          Geometrie-Lehrbuechern so um
          1900 rum suchen.


          Marco

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