Bewegungen (2012 13): Unterschied zwischen den Versionen
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===== Satz 1.5: (Winkelgröße als Invariante bei Bewegungen)===== | ===== Satz 1.5: (Winkelgröße als Invariante bei Bewegungen)===== |
Version vom 5. November 2012, 17:39 Uhr
Der Begriff der Bewegung
Die Grundideen
Starrheit und Kopieren
Abstraktion von den physikalischen Gegebenheiten
Die Materie scheint schwer genug zu sein. Wir werden unsere Betrachtungen auf eine einzige Ebene ε einschränken.
Die Lochschablone ist nichts anderes als das Modell unserer Ebene. Leider muss jedes physikalische Modell, mit dem der Schüler auch noch konkret handelnd tätig werden soll, flächenmäßig beschränkt sein.Für den mathematischen Bewegungsbegriff abstrahieren wir von dieser Beschränktheit. Das ist uns eigentlich schon länger klar, soll an dieser Stelle jedoch noch einmal besonders hervorgehoben und betont werden.
Hinter der Idee des Kopierens steckt nichts anderes als der mathematische Abbildungsbegriff. Jedem Original wird ein Bild zugeordnet.
Der Definitionsbereich für unsere Abbildungen ist die gesamte Ebene. Ihr Bild ist sie selbst. Jeder Punkt der Ebene ε wird auf genau einen Punkt der Ebene ε abgebildet. Aus mathematischer Sicht ist es egal, ob unser Ebenenmodell aus Plastik oder Glas ist. Aus Gummi dürfte es allerdings nicht sein, denn Gummimatten sind mit Sicherheit nicht starr. Die Starrheit bedeutet nichts weiter, als dass zwei Originalpunkte denselben Abstand haben wie ihre Bildpunkte.
Der Begriff der Bewegung
Definition
Definition 1.1: Bewegung
- Eine Bewegung ist eine Abbildung der Ebene auf sich selbst, bei der Streckenlängen erhalten bleiben.
- Eine Bewegung ist eine Abbildung der Ebene auf sich selbst, bei der Streckenlängen erhalten bleiben.
Eigenschaften von Bewegungen
Satz 1.1: (Bijektivität von Bewegungen)
- Jede Bewegung ist eine Bijektion.
Beweis von Satz 1.1
Vorüberlegungen
Es sei eine Bewegung, die die Ebene
auf sich selbst abbildet.
Wir haben zu zeigen, dass ein Bijektion ist.
Hierzu haben wir zu zeigen, dass die Abbildung
und
ist.
Surjektivität
Die Surjektivität ergibt sich entsprechend der Definition 1.1 (Abbildung auf)
Injektivität
Alle unsere folgenden Bemerkungen beziehen sich auf ein und dieselbe Ebene . Wir verzichten deshalb darauf, die Zugehörigkeit der im folgenden verwendeten Punkte zu
explizit zu betonen. Die gestrichenen Punktbezeichnungen mögen immer das Bild des Punktes mit der entsprechenden ungestrichenen Punktbezeichnung bezüglich der Bewegung
kennzeichnen.
zu zeigen:
- Jeder Punkt
ist das Bild von maximal einem Punkt
.
oder
- Je zwei verschiedene Originalpunkte
und
haben nicht dasselbe Bild.
oder
-
Wir entscheiden uns dafür, 3. zu zeigen.
Wir führen den Beweis indirekt. (Ergänzen Sie den Beweis!)
Voraussetzung: | ![]() |
Behauptung: | ![]() |
Annahme: | ![]() |
Nr. | Beweisschritt | Begründung |
---|---|---|
(I) | ![]() |
... </math> |
(II) | ![]() |
... </math> |
(III) | (I) und (II) widersprechen sich. | ... |
Satz 1.2: (Abgeschlossenheit der Nacheinanderausführung von Bewegungen)
- Die Nacheinanderausführung zweier Bewegungen ist eine Bewegung.
Beweis von Satz 1.2
Zunächst ist allgemein bekannt, dass die NAF zweier Abbildungen eine Abbildung ist (s. Algebra I). Es seien und
zwei Bewegungen.
bildet die Ebene
auf sich selbst ab. Hernach wird
durch
wiederum auf sich selbst abgebildet. Ergo:
.
Satz 1.3: (Zwischenrelation als Invariante von Bewegungen)
- Die Zwischenrelation ist eine Invariante bei jeder Bewegung.
Beweis von Satz 1.3
Es seien drei paarweise verschiedene Punkte mit
(*) .
zu zeigen:
(**)
Wir übersetzen zunächst (*):
entsprechend (**) haben wir zu zeigen, dass gilt.
Den Rest können Sie alleine ... .
Satz 1.4: (Geradentreue, Halgeradentreue, Streckentreue, Schnittpunkttreue bei Bewegungen)
- Für eine jede Bewegung
gilt:
- Für eine jede Bewegung
(a) Das Bild einer Geraden ist eine Gerade. (b) Das Bild einer Halbgeraden ist eine Halgerade mit dem Anfagspunkt
.
(c) Das Bild einer Strecke ist die Strecke
(d) Falls zwei Geraden, Strecken, Halbgeraden oder zwei verschiedene dieser Figuren einen Punkt gemeinsam haben, so haben die Bildfiguren den Punkt
gemeinsam.
Beweis von Satz 1.4:
- Die Beweise ergeben sich mehr oder weniger unmittelbar aus Satz 1.3.
- Fühlen Sie sich frei zu üben.
Satz 1.5: (Winkelgröße als Invariante bei Bewegungen)
- Für jede Bewegung
und jeden Winkel
gilt:
-
- Für jede Bewegung
Beweis von Satz 1.5:
Abstandserhaltung von und der Kongruenzsatz SSS helfen bei der Führung des Beweises.
Voraussetzung: , Bewegung
,
Behauptung: =
Direkte Beweisführung
Wir nehmen an, ASB ist ein Dreieck. Nach der Definition von Bewegung und der Voraussetzung entsteht mit ein Dreieck, dessen Seiten jeweils gleich lang sind, wie diejenigen des ursprünglichen Dreiecks ABC. Nach dem Kongruenzsatz SSS sind nun beide Dreiecke kongruent. Demnach ist nach der Definition von Kongruenz auch jeder Winkel des ursprünglichen gleich den Winkeln des Bildes dieses Dreiecks.
--Flo60 12:59, 20. Okt. 2011 (CEST)