Carlyle-Kreis

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Der Kreis von Thomas Carlyle (1795-1881)

Für das Auffinden von Nullstellen von quadratischen Funktionen der Form y = f(x) = x² + px + q wird ein Kreis - der Carlylekreis benutzt

Das Verfahren ist ein Spezialfall des Verfahrens von Capitain Lill. (Finden von Nullstellen von beliebigen ganzzahligen rationalen Funktionen.) So wird also dann auch vom Lillkreis gesprochen.

Der Carlylekreis zur Funktion y = f(x) = x² + px + q hat seinen Mittelpunkt M in der Mitte der Strecke AD und verläuft durch die Punkte A und D. Für die Punkte gilt: A (0;1) und D (-p;q). Die Koordinaten von M sind dann $$ \left(-\frac{p}{2} ; \frac{q+1}{2}\right) $$ Der Radius dieses Kreises ist dann mit Hilfe des Satzes des Pythagoras leicht bestimmbar: $$ r = \sqrt{\frac{p^2+(q-1)^2}{4}} $$

Jetzt wird gezeigt, dass die Nullstellen des Kreises auch die Nullstellen der Parabel sind.

Für einen Kreis mit dem Mittelpunkt M (a; b) und dem Radius r gilt (x-a)² + (y-b)² = r².

Das wird zu: $$ \left(x + \frac{p}{2}\right)^2 + \left(y - \frac{q+1}{2}\right)^2 = \frac{p^2 + (q-1)^2}{4} $$

Um die Nullstellen des Kreises zu bestimmen wird (wie immer) y = 0 gesetzt. Das ergibt dann:

$$ \left(x + \frac{p}{2}\right)^2 + \left( \frac{q+1}{2}\right)^2 = \frac{p^2 + (q-1)^2}{4} $$

$$ \frac{(2x+p)^2}{4} + \frac{(q+1)^2}{4} = \frac{p^2 + (q-1)^2}{4} \| {} \cdot 4 $$

$$ (2x+p)^2 + (q+1)^2 = p^2 + (q-1)^2 $$

$$ 4x^2 + 4px + p^2 + q^2 + 2q + 1 = p^2 + q^2 -2q +1 \| {}-(p^2 + q^2 -2q +1) $$

$$ 4x^2 + 4px + 4p = 0 \| {}: 4 $$

$$ x^2 + px + p = 0 $$

Das aber ist auch die Ausgangsformel für die Ermittlung der Nullstellen der quadratischen Funktion y = f(x) = x² + px + q, denn auch dort ist y = 0 zu setzen.

Schneidet der (immer konstruierbare) Kreis die x-Achse nicht, so besitzt auch die entsprechende Normalparabel keine Nullstellen. Berührt der Kreis die x- Achse, so gibt es eine bzw. zwei zusammen fallende  Nullstellen.

Zum Probieren noch eine Geogebrabra-Datei: --> hier <--