hmm, nachdem ich jetzt auch schon seit einer Stunde an meinem Beweis für den Batman Winkel Satz getippt habe, poste ich ihn auch noch
Als neues Rätsel gilt natürlich das aus mfbs post.
kurz zu meiner Notation,
Ich schreibe W(ABC) für den Winkel ABC. (den Winkel bei B)
so, erstmal formuliere ich den Satz exakt aus, damit klar ist, was ich eigentlich beweisen möchte:
Satz: (Zentrum-Peripherie-Winkel-Satz) Seien A,B zwei Punkte auf einem Kreis k mit dem Mittelpunk M, sodass M nicht zwischen A und B liegt (d.h., sie liegen nicht auf einer Linie).
Dann unterteilen die Punkte A,B den Kreis in 2 Kreisbögen, einen großen Bogen b_1, in dessen Innerem (bzw eigentlich im entsprechenden Kreissegment) der Mittelpunkt M liegt und einen kleinen Bogen, b_2, in dem der Punkt M nicht liegt.
Sei P ein Punkt auf dem großen Bogen b_1. Dann ist W(APB)=W(AMB)/2.
weiters:
Ist Q ein Punkt auf dem kleinen Bogen b_2, dann ist W(AQB) = 180° - W(APB).
weiters: (Satz von Thales)
Wenn die Punkte A,B hingegen so liegen, dass M auf einer Geraden mit ihnen liegt, also dass AB der Durchmesser des Kreises ist, dann ist W(AMB)=180° und für jeden Punkt P auf dem Kreis mit P != A und P!= B gilt W(APB)=90°.
(Der Satz von Thales ist ein Spezialfall des Kreiswinkelsatzes, ich werde ihn aber extra beweisen.)
Hier ein Bild dazu:
Beweis:
Seien also zunächst A,B nicht auf einer Linie mit M, und P sei auf dem Bogen b_1.
Dann sind 3 Fälle zu unterscheiden:
Fall1: M liegt im Inneren des Dreiecks ABP.
Dann bezeichne ich W(AMB) mit Alpha und W(BMP)=Beta und W(AMP)=Gamma.
Da die Dreiecke ABM, APM und BMP jeweils gleichschenklig sind, kann man daraus (Winkelsumme im Dreieck = 180°) auf die Winkel am Rand schließen (siehe das Bild oben.).
Insbesondere ist W(APB) = 180 - Gamma/2 - Beta/2.
Man sieht aber: Alpha + Beta + Gamma = 360°.
Also 180° = Alpha/2 + Beta/2 + Gamma/2.
Und somit ist W(APB) = Alpha/2 + Beta/2 + Gamma/2 - Gamma/2 - Beta/2 = Alpha/2
und der erste Fall ist somit erledigt.
Fall2: Der Mittelpunkt M liegt außerhalb des Dreiecks APB.
Ich gehe davon aus, dass der Punkt P "rechts" von M liegt, wie in der Zeichnung unten. Der andere Fall müsste analog gehen.
Ich bezeichneW(AMB) = Alpha, W(BMP) = Beta.
Da das Dreieck BMP gleichschenkling ist, können wir schließen, dass W(BPM)=W(MBP)=90-Beta/2 ist.
Ebenso ist das Dreieck MAP gleichschenklig und W(MPA)= W(MAP) = 90 - Alpha/2 - Beta/2.
Also ist der Winkel W(APB) = W(BPM) - W(MPA) = 90 - Beta/2 - (90 - Alpha/2 - Beta/2) = Alpha/2
und somit ist auch dieser Fall abgeschlossen.
Fall3: Der Punkt M liegt auf der Seite AP oder auf der Seite BP.
o.B.d.A. legen wir einfach fest, dass er auf der Seite AP liegt. (der andere Fall geht analog).
Sei W(AMB)=Alpha. Dann ist W(BMP) = 180-Alpha und aus der Gleichschenkligkeit des Dreiecks BMP kann man sehen dass W(BMP)=Alpha/2 sein muss, damit die WInkelsumme im Dreieck 180° ergibt.
Somit ist tatsächlich in jedem Fall W(APB) = W(AMP)/2.
Nun zum zweiten Teil des Satzes:
Sei Q ein Punkt auf dem gegenüberliegenden Bogen b_2.
Aus dem soeben bewiesenen, können wir sehen, dass W(APQ) = W(ABQ).
(Beides sind Peripheriewinkel über der Sehne AQ (und der Mittelpunkt M liegt auf der richtigen Seite der Sehne). Wir bezeichnen W(APQ) = W(ABQ) = Alpha
Ebenso W(QAB) = W(QPB) = Beta.
Aus der Winkelsumme des Dreiecks ABQ kann man nun sehen, dass W(AQB) = 180 - Alpha - Beta = 180 - W(APB)
und auch dieser Teil des Satzes ist somit bewiesen.
Zuletzt wird noch der Fall behandelt, in dem der Punkt M zwischen A und B liegt, also wo AB den Durchmesser des Kreises bilden. (Satz von Thales)
Ich bezeichne W(APM) = Alpha und W(BPM) = Beta. Dann ist wegen gleichschenkliger Dreiecke auch W(MAP) = Alpha und W(MBP) = Beta.
Die Winkelsumme im Dreieck ist 180° also 180° = 2Alpha + 2Beta.
=> 90° = Alpha + Beta = W(APB).
q.e.d.