Cirkel

En cirkel  er en lukket plan kurve , som består af alle punkter på planet med lige stor afstand fra et givet punkt, der ligger i samme plan som kurven [1] : dette punkt kaldes cirklens centrum . Det segment, der forbinder midten med et hvilket som helst punkt på cirklen, kaldes radius ; radius kaldes også længden af ​​dette segment. Cirklen deler planet i to dele [2] — endelig indre og uendelig ekstern. Det indre af en cirkel kaldes en cirkel ; grænsepunkter (det vil sige selve cirklen), afhængigt af tilgangen, kan cirklen inkludere eller ikke.

Praktisk konstruktion af en cirkel er mulig med et kompas .

En cirkel med nulradius (en degenereret cirkel) er et punkt; yderligere er dette tilfælde udelukket fra overvejelse, medmindre andet er angivet.

En cirkel kaldes enhed, hvis dens radius er lig med én. Enhedscirklen er et af trigonometriens grundlæggende objekter .

Herefter betegner bogstavet cirklens radius.

Akkorder, buer og tangenter

En ret linje kan ikke have mere end to punkter til fælles med en cirkel.

En linje, der skærer en cirkel i to forskellige punkter, kaldes en sekant . Et sekantsegment placeret inde i en cirkel kaldes en akkord . Korden, der går gennem midten af ​​cirklen, kaldes diameteren ; det samme udtryk bruges om dets længde. Diameteren er to gange radius: den deler cirklen i to lige store dele og er derfor dens symmetriakse . Diameteren er større end nogen anden akkord [3] .

Akkorden deler cirklen i to dele, kaldet segmenter af cirklen . To forskellige radier deler også cirklen i to dele, kaldet sektorer af cirklen (se billeder) [3] .

Alle to ikke-sammenfaldende punkter på cirklen deler den i to dele. Hver af disse dele kaldes en cirkelbue . En bue kaldes en halvcirkel , hvis segmentet, der forbinder dens ender, er en diameter.

For en given cirkel finder følgende egenskaber sted [3] .

En linje, der har præcis ét punkt til fælles med en cirkel, kaldes en tangent til cirklen, og deres fælles punkt kaldes linjens og cirklens tangentpunkt. En tangent til en cirkel er altid vinkelret på dens radius (og diameter) tegnet ved kontaktpunktet. Det vil sige, at radius samtidig er normalen til cirklen [4] .

Segmenterne af tangenter til cirklen, tegnet fra et punkt, der ikke ligger på cirklen, er lige store og danner lige store vinkler med linjen, der går gennem dette punkt og cirklens centrum [5] .

Vinkler

En central vinkel er en vinkel med et toppunkt i midten af ​​cirklen. En indskrevet vinkel er en vinkel, hvis toppunkt ligger på en cirkel, og hvis sider skærer cirklen. De siger, at de centrale eller indskrevne vinkler er baseret på en bue skåret på en cirkel af deres stråler, eller på en korde , der underspænder denne bue.

Den centrale vinkel kan tages som vinkelmålet for den bue, den hviler på. Den centrale vinkel dannet af en cirkelbue, der er lig med radius i længden, tages i matematik som en måleenhed for vinkler og kaldes radian .

Det følger af definitionen af ​​radianen , at længden af ​​enhver cirkulær bue er relateret til midtervinklen , baseret på denne bue, ved en simpel relation [6] : i dette tilfælde er længden af ​​den korde, der spænder den samme bue, lig. til Da omkredsen er lig med , med stigende vinkel, ændres værdien af ​​dens radianmål fra 0 til

Den ydre vinkel for en indskrevet vinkel er den vinkel, der dannes af den ene side og fortsættelsen af ​​den anden side af den indskrevne vinkel (vinklen θ er brun på figuren). Den ydre vinkel for en indskrevet vinkel er lig med den indskrevne vinkel baseret på den samme korde på den anden side.

Vinklen mellem cirklen og linjen er vinklen mellem sekantlinjen og en af ​​de to tangenter til cirklen i skæringspunktet mellem linjen og cirklen.

Egenskaber for indskrevne vinkler :

Andre egenskaber:

Egenskaber

Formler

Omkreds:

Cirkel radius:

Cirkeldiameter:

Arealet af en cirkel med radius R :

Området af sektoren , begrænset af den centrale vinkel α , målt i grader, med radius R :

Segmentområde , afgrænset af en cirkelbue, midtervinkel α , korde:

Historie

Cirklen er sammen med den lige linje den mest almindelige kurve i næsten alle områder af menneskelig aktivitet. Historien om dens forskning og anvendelse går tilbage til oldtiden; Opfindelsen af ​​hjulet gav dette emne særlig betydning . Gamle videnskabsmænd betragtede lige linjer og cirkler som det eneste eksempel på "perfekte" kurver, derfor i geometri blev kun konstruktioner ved hjælp af et kompas og lineal anset for acceptable , og planeternes bevægelse blev modelleret som en pålæggelse af rotationer langs cirkler . Teorien om cirkler er viet til den tredje bog " Begyndelser " af Euclid .

Også i antikken blev det opdaget, at forholdet mellem en cirkels omkreds og dens diameter ( tal π ) er det samme for alle cirkler. Et historisk vigtigt emne for århundreders forskning har været forfining af dette forhold, såvel som forsøg på at løse " cirkelkvadreringsproblemet " . Senere førte udviklingen af ​​teorien om cirkler til skabelsen af ​​trigonometri , teorien om oscillationer og mange andre praktisk vigtige grene af videnskab og teknologi.

Analytisk geometri af cirkler

Med hensyn til analytisk geometri er en cirkel en simpel andenordens plan algebraisk kurve . Cirklen er et specialtilfælde af en ellipse , hvor halvakserne er lige store, og derfor er cirklen et keglesnit .

Kartesiske koordinater

Den generelle ligning af en cirkel er skrevet som:

eller

hvor

Punktet  er midten af ​​cirklen og  er dens radius.

Ligning af en cirkel med en radius centreret i origo :

Ligningen for en cirkel, der går gennem punkter , der ikke ligger på en ret linje (ved hjælp af determinanten ):

Så er koordinaterne for cirklens centrum eksplicit bestemt af formlerne:

En cirkel kan også beskrives ved hjælp af en parametrisk ligning :

I det kartesiske koordinatsystem er cirklen ikke en funktionsgraf , men den kan beskrives som foreningen af ​​graferne for følgende to funktioner:

Hvis midten af ​​cirklen falder sammen med oprindelsen, har funktionerne formen:

Polære koordinater

Cirkel med radius centreret i punktet :

Hvis de polære koordinater for cirklens centrum, så beskrives cirklen, der går gennem oprindelsen, ved ligningen:

Hvis centrum er oprindelsen af ​​koordinater, så vil ligningen se ud

Kompleks plan

På det komplekse plan er cirklen givet ved formlen:

eller i parametrisk form

Cirkler i rummet

I rummet kan en cirkel med radius centreret i et punkt defineres som konturen af ​​et diametralt snit af en kugle

fly

,

hvor  er parametre, der ikke samtidigt er lig med nul; det vil sige, at alle punkter, der ligger på en given cirkel, er løsninger til systemet

For eksempel, når man løser dette system, kan man indstille det parametrisk som følger:

Tangenter og normaler

Ligningen for en tangent til en cirkel i et punkt er givet af ligningen

Normalligningen i samme punkt kan skrives som

Koncentriske cirkler

Cirkler med et fælles centrum, men forskellige radier kaldes koncentriske . To cirkler givet af ligningerne:

er koncentriske hvis og kun hvis og

Yderligere information

Definition af trekanter for én cirkel

Varianter af definition af en cirkel

Relaterede definitioner for to cirkler

Definitioner af vinkler for to cirkler

Ortogonalitet (vinkelret)

To cirkler, der skærer hinanden i rette vinkler , kaldes ortogonale ( vinkelret ). To cirkler givet af ligningerne:

er ortogonale, hvis og kun hvis følgende betingelse er opfyldt:

Med andre ord kaldes to cirkler, der skærer hinanden i punkterne A og B med centrene O og O' , ortogonale , hvis de er rette vinkler OAO' eller OBO' . Det er denne betingelse, der garanterer en ret vinkel mellem cirklerne. I dette tilfælde er radierne (normalerne) af de to cirkler tegnet til punktet for deres skæringspunkt vinkelrette. Derfor er tangenterne af to cirkler trukket til punktet for deres skæringspunkt også vinkelrette. Cirklens tangent er vinkelret på radius (normal) tegnet til kontaktpunktet. Normalt er vinklen mellem kurver vinklen mellem deres tangenter tegnet ved deres skæringspunkt.

Relaterede definitioner for tre cirkler

Lemma af Archimedes

Lemma af Archimedes . Hvis cirklen er indskrevet i segmentet af cirklen trukket fra akkorden og rører buen i punktet , og akkorden er tangent til punktet , så er linjen halveringslinjen for vinklen . Arkimedes ' Lemma spiller en vigtig rolle i opbygningen af ​​den icirkulære transformation .

Bevis

Lad være en homotety, der tager en lille cirkel til en stor. Så er det klart, hvad der er centrum for denne homoteti. Så vil linjen gå ind i en linje, der tangerer storcirklen, og vil gå til et punkt på denne linje og høre til storcirklen. Når vi husker på, at homoteti omdanner linjer til linjer parallelt med dem, forstår vi, at . Lad og vær et punkt på den linje , der er skarp, og vær et punkt på den linje , der er skarp. Da er siden en tangent til den store cirkel . Derfor - ligebenet, og derfor , Det vil sige - vinklens halveringslinje .

Descartes' sætning for radierne af fire parvise tangentcirkler

Descartes' sætning siger, at radierne af alle fire indbyrdes tangerende cirkler opfylder en andengradsligning . De kaldes undertiden Soddy- cirkler .

Cirkulær bevægelse

Multidimensionel generalisering

En generaliseret cirkel kan defineres for enhver matematisk struktur, hvor begrebet afstand er givet. Især er hypersfæren en generalisering for det højdimensionelle euklidiske rum ; i tredimensionelt rum er det en almindelig kugle . I sfærisk geometri spilles en vigtig rolle af cirkler på sfæren, hvis centrum falder sammen med sfærens centrum (" store cirkler ").

I kultur og mystik

Cirklen, sammen med lignende begreber om cirkel , ring og kugle , blev fra oldtiden betragtet som et guddommeligt symbol på den højeste perfektion, et symbol på skønhed og lighed. Gamle astronomer var overbevist om, at himmellegemerne var placeret på roterende kugler og dermed bevægede sig i cirkler. Kong Arthurs riddere sad ved et rundt bord, hvilket understregede deres lighed [7] .

I egyptisk mytologi formede skaberguden Khnum mennesker på et keramikerhjul . Salomons Ordsprogs Bog siger, at ved verdens skabelse "tegner Gud en cirkel på dybets overflade" ( Ordsp.  8:27 ). For at beskytte mod " onde ånder " skulle det tegne en cirkel omkring sig selv ( magisk cirkel ). På billederne af kristne helgener er deres ansigter omgivet af en rund glorie . Underverdenen i mange religioner består af koncentriske cirkler, som symboliserer håbløshed. Hos Stonehenge og andre cromlechs er stenene arrangeret i en cirkel [7] [8] .

I forskellige mystiske doktriner symboliserer cirklen ofte tilværelsens uendelighed og cyklicitet ( ouroboros , Samsara ), balance ( yin/yang ), stabilitet osv. [9] . En lignende betydning ses i mange folkeslags idiomer og ordsprog, for eksempel: "hele året rundt", "social cirkel", "ond cirkel", "gensidigt ansvar" osv. Sandsynligvis er den udbredte skik med at udveksle ringe mellem de brudeparret symboliserer følelsernes evighed, familiens stabilitet [8] [10] .

Cirklen bruges i grafikken af ​​mange symboler, såsom tegnet på pacifisme , copyright-symbolet (©) osv.

Se også

Noter

  1. Mathematical Encyclopedia, 1984 , s. 15-16.
  2. Elementær matematik, 1976 , s. 408-409.
  3. 1 2 3 Elementær matematik, 1976 , s. 410-411.
  4. Elementær matematik, 1976 , s. 409-410.
  5. L. S. Atanasyan, V. F. Butuzov, S. B. Kadomtsev, E. G. Poznyak , I. I. Yudina. Geometri. 7-9 klassetrin: lærebog for uddannelsesinstitutioner. - 19. udg. - M . : Education , 2009. - S. 167. - 384 s. - ISBN 978-5-09-021136-9 .
  6. Elementær matematik, 1976 , s. 510.
  7. 1 2 Yakovleva T. S., Demenok S. L. Strukturer og symboler (abstraktion er et empirisk faktum). - Sankt Petersborg. : Strata, 2020. - S. 65-69. — 232 s. - (bare). - ISBN 978-5-907314-11-5 .
  8. 1 2 Krug Arkiveret 5. august 2021 på Wayback Machine .
  9. Abdullahi, Yahya (29. oktober 2019), Cirklen fra øst til vest, i Charnier, Jean-François, Louvre Abu Dhabi: A World Vision of Art , Rizzoli International Publications, Incorporated, ISBN 9782370741004 . 
  10. Cirkel . Hentet 17. marts 2022. Arkiveret fra originalen 24. januar 2022.

Litteratur

Links