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Kreisgleichung: Mittelpunkt, Radius und quadratische Ergänzung

Kreisgleichung: Mittelpunkt, Radius und quadratische Ergänzung

Geschrieben von Jean Carlos Novaes

Ein Kreis besteht aus den Punkten einer Ebene, die denselben positiven Abstand von einem Mittelpunkt haben. Dieser Abstand ist der Radius. Die Gleichung prüft die Zugehörigkeit von Punkten und macht Mittelpunkt und Radius auch aus einer ausmultiplizierten Form bestimmbar.

Mittelpunktform richtig lesen

Für den Mittelpunkt C(a, b) und den Radius r bilden die horizontalen und vertikalen Abstände zu (x, y) ein rechtwinkliges Dreieck. Aus der Abstandsformel folgt:

(x−a)2+(y−b)2=r2

Die Mittelpunktkoordinaten haben die umgekehrten Vorzeichen der Konstanten in den Klammern. Beim Ursprung fallen die Verschiebungen weg. Eine Sehne verbindet zwei Kreispunkte; durch den Mittelpunkt wird sie zum Durchmesser mit doppelter Radiuslänge.

Der Mittelpunkt C ist vom Ursprung verschoben. Radius und seine Komponenten zum Punkt P bilden ein rechtwinkliges Dreieck.
Der Mittelpunkt C ist vom Ursprung verschoben. Radius und seine Komponenten zum Punkt P bilden ein rechtwinkliges Dreieck.

Allgemeine Form und Bedingung für einen Kreis

Beide Quadratterme besitzen gleiche Koeffizienten; ein Produkt aus x und y kommt nicht vor. Bei D, E und F erhältst du die Mittelpunktkoordinaten als negative Hälften von D und E. Das Radiusquadrat lautet:

x2+y2+Dx+Ey+F=0
r2=D2+E24−F

Es muss positiv sein. Null ergibt nur einen Punkt, ein negativer Wert keine reellen Punkte. Haben beide Quadratterme einen anderen gemeinsamen Koeffizienten ungleich null, teile zunächst die ganze Gleichung dadurch.

Rechenbeispiel zur quadratischen Ergänzung

Gruppiere die x- und y-Terme. Die Hälfte von −6 ist −3, ihr Quadrat 9. Die Hälfte von 4 ist 2, ihr Quadrat 4. Ergänze dieselben Werte auf beiden Seiten, nachdem die Konstante verschoben wurde.

x2+y2−6x+4y−12=0
(x−3)2+(y+2)2=25
C=(3,−2),r=5

Der Mittelpunkt ist (3, −2), der Radius 5. Beim Ausmultiplizieren ergeben die Konstanten 13 − 25 = −12. Die Zahl 25 bezeichnet das Quadrat des Radius.

Kreisumfang und eingeschlossene Fläche

Die Kurve hat eine Länge, die eingeschlossene Kreisscheibe einen Flächeninhalt. Dafür verwendet man Längen- beziehungsweise Flächeneinheiten.

C=2πr
A=πr2

Mit π bleiben Ergebnisse exakt. Der Einheitskreis besitzt Mittelpunkt im Ursprung und Radius 1.

Quellen

  • OpenStax. Intermediate Algebra 2e: Distance and Midpoint Formulas; Circles.
Jean Carlos Novaes

Über Jean Carlos Novaes

Absolvent der Informatik an der Bundesuniversität Bahia (2017), Redakteur und Gründer dieser Website.

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