Kreis des Apollonios

In der Geometrie ist der Kreis des Apollonios (auch Kreis des Apollonius oder apollonischer Kreis) ein spezieller geometrischer Ort, nämlich die Menge aller Punkte, für die das Verhältnis der Entfernungen zu zwei vorgegebenen Punkten einen vorgegebenen Wert hat. Der Kreis des Apollonios ist nicht zu verwechseln mit dem apollonischen Problem, einem Berührkreis-Problem. Namensgeber ist in beiden Fällen Apollonios von Perge.

Satz und Definition

Kreis des Apollonios

• Gegeben seien eine Strecke ${\displaystyle [AB]}$ und eine positive reelle Zahl ${\displaystyle \lambda \neq 1}$. Dann ist die Punktmenge
  ${\displaystyle k_{A}=\{X|{\overline {AX}}:{\overline {XB}}=\lambda \}}$
  ein Kreis, der als Kreis des Apollonios bezeichnet wird.

Zur Begründung der Kreiseigenschaft verwendet man den inneren und den äußeren Teilungspunkt der Strecke ${\displaystyle [AB]}$ im Verhältnis ${\displaystyle \lambda }$. Diese beiden Punkte (${\displaystyle T_{i}}$ und ${\displaystyle T_{a}}$) erfüllen die oben geforderte Bedingung und teilen die Strecke ${\displaystyle [AB]}$ harmonisch. Ist nun ${\displaystyle X}$ ein beliebiger Punkt mit der Eigenschaft ${\displaystyle {\overline {AX}}:{\overline {XB}}=\lambda }$, so teilt die Gerade ${\displaystyle XT_{i}}$ die gegebene Strecke ${\displaystyle [AB]}$ im Verhältnis ${\displaystyle {\overline {XA}}:{\overline {XB}}}$. ${\displaystyle XT_{i}}$ muss daher mit der Winkelhalbierenden des Winkels ${\displaystyle AXB}$ übereinstimmen. Entsprechend lässt sich zeigen, dass die Gerade ${\displaystyle XT_{a}}$ den Nebenwinkel von ${\displaystyle \angle AXB}$ halbiert. Da die Winkelhalbierenden von Nebenwinkeln zueinander senkrecht stehen, muss ${\displaystyle X}$ auf dem Thaleskreis über ${\displaystyle [T_{i}T_{a}]}$ liegen.

Umgekehrt erfüllt jeder Punkt ${\displaystyle X}$ des genannten Thaleskreises die Bedingung ${\displaystyle {\overline {AX}}:{\overline {XB}}=\lambda }$.

Im speziellen Fall ${\displaystyle \lambda =1}$ ist die gesuchte Punktmenge die Mittelsenkrechte der Punkte A und B.

Weitere Eigenschaften

• Der Radius des Apollonios-Kreises beträgt ${\displaystyle r_{A}={\tfrac {\lambda }{|\lambda ^{2}-1|}}{\overline {AB}}}$.

• Der durch ${\displaystyle T_{i}}$ gehende Apollonioskreis für die Strecke ${\displaystyle [AB]}$ ist der durch ${\displaystyle T_{i}}$ gehende Inversionskreis, bezogen auf den die Endpunkte ${\displaystyle A,B}$ zueinander invers sind.

• Wenn A und B bei Inversion am Apollonioskreis ineinander übergehen, wird jeder durch A und B gehende Kreis ebenfalls in sich selbst invertiert und schneidet den Apollonioskreis deshalb rechtwinklig. Dies gilt insbesondere auch für den über ${\displaystyle [AB]}$ geschlagenen Kreis. Wegen der Reziprozität der harmonischen Teilung – teilt ein Punktpaar ein anderes harmonisch, so ist es selbst von diesem harmonisch geteilt (im Verhältnis ${\displaystyle {\tfrac {\lambda +1}{\lambda -1}}}$ statt ${\displaystyle \lambda }$ ) – ist der Kreis über ${\displaystyle [AB]}$ Apollonioskreis für die Strecke ${\displaystyle [T_{i}T_{a}]}$.

• Die drei Kreise des Apollonios eines Dreiecks schneiden sich im isodynamischen Punkt des entsprechenden Dreiecks.

Literatur

• Franz Lemmermeyer: Mathematik à la Carte: Quadratische Gleichungen mit Schnitten von Kegeln. Springer, 2016, ISBN 9783662503416, S. 98
• Joachim Engel, Andreas Fest: Komplexe Zahlen und ebene Geometrie. Walter de Gruyter, 2016, ISBN 9783110406887, S. 40
• Nathan Altshiller: On the Circles of Apollonius. The American Mathematical Monthly, Band 22, Nr. 8 (Okt., 1915), S. 261–263 (JSTOR 2691113)
• Roger A. Johnson: Advanced Euclidean Geometry. Dover 2007, ISBN 978-0-486-46237-0, S. 40, 294–297 (Erstveröffentlichung 1929 bei der Houghton Mifflin Company (Boston) unter dem Titel Modern Geometry).

Weblinks

Commons: Apolloniuskreise – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• http://www.herder-oberschule.de/madincea/aufg0009/harmonie.pdf (PDF-Datei; 261 kB)
• Apolloniuskreis auf cut-the-knot.org
• David B. Surowski: Advanced High-School Mathematics- englisches Skript, S. 31