Winkeldritteln nach Archimedes: exakter oder genäherter Lösungsprozess?

Question

Winkeldritteln nach Archimedes: exakter oder genäherter Lösungsprozess?

Antwort

Verwandte Fragen

Liefert Archimedes eine Zahl oder eine Strecke im Vergleich zu einer geometrischen Konstruktion?

Ist die archimedische Ermittlung des Kreisverhältnisses ein rein geometrisch konstruierter Grenzprozess?

Kann man Winkel mit endlichen Schritten exakt dritteln?

Warum ist eine Gleichung dritten Grades für den Unmöglichkeitsbeweis des Winkeldrittelns zulässig, aber das reale Winkeldritteln mit y = x^3 nicht möglich?

Ist das exakte Winkeldritteln mit einem unendlichen Grenzprozess möglich?

Accepted Answer

Der Winkeldrittelungsprozess nach Archimedes ist ein genäherter Lösungsprozess. Archimedes entwickelte eine Methode zur Annäherung an die Drittelung eines Winkels, indem er geometrische Konstruktionen und die Eigenschaften von Kreisen und Polygonen verwendete. Es gibt jedoch keine exakte geometrische Konstruktion, die es ermöglicht, einen beliebigen Winkel mit nur einem Lineal und einem Zirkel exakt in drei gleich große Teile zu teilen. Daher bleibt die Winkeldrittelung ein klassisches Beispiel für ein Problem, das nicht mit den traditionellen Werkzeugen der Geometrie gelöst werden kann.

Accepted Answer

Du hast recht, dass Archimedes in seinen Arbeiten oft mit Zahlen beziehungsweise Zahlenverhältnissen gearbeitet hat, während klassische geometrische Konstruktionen (etwa mit Zirkel und Linea... [mehr]

Accepted Answer

Du hast recht, dass Archimedes in seinen Arbeiten oft mit Zahlen beziehungsweise Zahlenverhältnissen gearbeitet hat, während klassische geometrische Konstruktionen (etwa mit Zirkel und Lineal) tatsächlich Strecken, also konkrete geometrische Objekte, liefern. In der antiken Mathematik war die Unterscheidung zwischen "Zahl" und "Strecke" (bzw. "Größe") tatsächlich ein zentrales Thema. Archimedes hat viele seiner Ergebnisse als Zahlenverhältnisse (z. B. das Verhältnis von Umfang zu Durchmesser eines Kreises) angegeben, aber er hat diese Verhältnisse oft auch geometrisch interpretiert. In der klassischen griechischen Mathematik war es üblich, Größen (wie Längen, Flächen, Volumina) durch Konstruktionen darzustellen, während Zahlen eher als Maßeinheiten oder Verhältnisse verstanden wurden. Wenn du also darauf hinauswillst, dass eine geometrische Konstruktion eine konkrete Strecke liefert, während Archimedes oft ein Zahlenverhältnis angibt, ist das korrekt. Die klassische Konstruktion mit Zirkel und Lineal liefert ein "anschauliches" Ergebnis, das du direkt im Bild sehen kannst, während Archimedes’ Methode das Ergebnis als abstraktes Verhältnis oder als Zahl beschreibt. Beide Ansätze sind jedoch eng miteinander verbunden: Jede mit Zirkel und Lineal konstruierbare Strecke kann als Zahlenwert (im Sinne der Längenmessung) angegeben werden, und umgekehrt kann ein Zahlenverhältnis oft geometrisch als Strecke dargestellt werden – sofern es mit den erlaubten Mitteln konstruierbar ist. Zusammengefasst: - Archimedes liefert meist Zahlenverhältnisse oder Zahlen als Ergebnis. - Geometrische Konstruktionen liefern konkrete Strecken (oder andere geometrische Objekte). - Die Verbindung zwischen beiden Ansätzen ist das Maß: Jede Strecke kann gemessen und als Zahl angegeben werden, aber nicht jede Zahl kann als konstruierbare Strecke dargestellt werden. Falls du auf einen konkreten Satz oder eine spezielle Konstruktion anspielst, kann ich gerne noch genauer darauf eingehen.

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Die archimedische Ermittlung des Kreisumfangs bzw. des Kreisverhältnisses (also der Zahl π) ist tatsächlich ein durchgehend rein geometrisch konstruierter Grenzprozess. Archimedes hat da... [mehr]

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Die archimedische Ermittlung des Kreisumfangs bzw. des Kreisverhältnisses (also der Zahl π) ist tatsächlich ein durchgehend rein geometrisch konstruierter Grenzprozess. Archimedes hat dazu die Methode der Exhaustion verwendet: Er hat in einen Kreis regelmäßige Vielecke ein- und umbeschrieben und deren Umfänge berechnet. Mit steigender Anzahl der Seiten nähern sich die Umfänge der Vielecke dem tatsächlichen Kreisumfang von innen und außen immer weiter an. Der wahre Umfang des Kreises liegt also zwischen dem Umfang des einbeschriebenen und des umbeschriebenen Vielecks. Wichtig ist: Archimedes hat dabei ausschließlich geometrische Konstruktionen und Argumente verwendet, ohne auf algebraische oder analytische Methoden (wie Grenzwertrechnung im modernen Sinn) zurückzugreifen. Der Grenzprozess ist also rein geometrisch, da er auf der sukzessiven Verfeinerung der Vielecke und der Anwendung geometrischer Sätze beruht. Zusammengefasst: Ja, die archimedische Ermittlung des Kreisumfangs bzw. des Kreisverhältnisses ist ein durchgehend rein geometrisch konstruierter Grenzprozess.

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Das Winkeldritteln mit Zirkel und Lineal ist im Allgemeinen **nicht** mit endlich vielen Schritten möglich. Das ist ein klassisches Problem der antiken Geometrie, das 1837 von Pierre Wantzel bewi... [mehr]

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Das Winkeldritteln mit Zirkel und Lineal ist im Allgemeinen **nicht** mit endlich vielen Schritten möglich. Das ist ein klassisches Problem der antiken Geometrie, das 1837 von Pierre Wantzel bewiesen wurde. Nur für bestimmte spezielle Winkel (z. B. 90°) ist das Dritteln mit Zirkel und Lineal möglich, aber nicht für beliebige Winkel. Falls in meinen vorherigen Antworten ein Widerspruch entstanden ist, tut mir das leid. Die korrekte Aussage ist: **Das exakte Dritteln eines beliebigen Winkels mit Zirkel und Lineal ist im Allgemeinen nicht möglich.** Weitere Informationen dazu findest du z. B. bei [Wikipedia – Winkeldrittelung](https://de.wikipedia.org/wiki/Winkeldrittelung).

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Die Frage bezieht sich auf das klassische Problem der Winkeldrittelung mit Zirkel und Lineal und die Rolle von Gleichungen dritten Grades (Kubikgleichungen) dabei. **Hintergrund:** Das Winkeldrittelu... [mehr]

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Die Frage bezieht sich auf das klassische Problem der Winkeldrittelung mit Zirkel und Lineal und die Rolle von Gleichungen dritten Grades (Kubikgleichungen) dabei. **Hintergrund:** Das Winkeldrittelungsproblem fragt, ob es möglich ist, einen beliebigen Winkel nur mit Zirkel und Lineal exakt zu dritteln. Die alten Griechen versuchten das, aber es gelang ihnen nicht für alle Winkel. **Unmöglichkeitsbeweis:** Der Unmöglichkeitsbeweis (z.B. von Pierre Wantzel, 1837) zeigt, dass das allgemeine Winkeldritteln mit Zirkel und Lineal nicht möglich ist. Der Grund: Die Konstruktionen mit Zirkel und Lineal können nur solche Zahlen (Längen) erzeugen, die sich durch eine endliche Folge von Quadratwurzeln (also durch Lösen von Gleichungen 2. Grades) aus den gegebenen Zahlen gewinnen lassen. Das entspricht mathematisch sogenannten "Konstruktionen mit quadratischen Erweiterungen". Beim Versuch, einen Winkel α zu dritteln, landet man auf der Gleichung: \[ \cos(3\theta) = 4\cos^3(\theta) - 3\cos(\theta) \] Setzt man \(\theta = \alpha/3\), ergibt sich eine kubische Gleichung für \(\cos(\alpha/3)\). Für viele Winkel ist diese Gleichung nicht durch wiederholtes Ziehen von Quadratwurzeln lösbar, sondern erfordert das Lösen einer Gleichung 3. Grades, was mit Zirkel und Lineal im Allgemeinen nicht möglich ist. **Warum ist die Gleichung 3. Grades im Beweis zugelassen?** Im Unmöglichkeitsbeweis wird gezeigt, dass das Lösen einer Gleichung 3. Grades (wie \(y = x^3\)) im Allgemeinen nicht mit Zirkel und Lineal möglich ist. Die Gleichung ist also **gerade deshalb** im Beweis zugelassen, weil sie zeigt, dass die Lösung außerhalb der Möglichkeiten von Zirkel und Lineal liegt. **Warum kann man mit y = x³ nicht real dritteln?** Die Funktion \(y = x^3\) beschreibt eine kubische Beziehung. Um einen Winkel zu dritteln, müsste man eine kubische Gleichung lösen können. Mit Zirkel und Lineal kann man aber nur lineare und quadratische Gleichungen (also bis zum Grad 2) konstruieren. Das Lösen von \(y = x^3\) (also das Ziehen einer Kubikwurzel) ist mit diesen Werkzeugen nicht möglich. **Zusammengefasst:** - Im Unmöglichkeitsbeweis wird die kubische Gleichung verwendet, um zu zeigen, dass das Winkeldritteln im Allgemeinen nicht mit Zirkel und Lineal möglich ist. - In der Praxis kann man mit Zirkel und Lineal keine kubischen Gleichungen lösen, also auch nicht \(y = x^3\), und daher auch nicht jeden Winkel dritteln. **Weiterführende Links:** - [Winkeldrittelung – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Winkeldrittelung) - [Pierre Wantzel – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Pierre_Laurent_Wantzel)

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Das Winkeldritteln mit Zirkel und Lineal ist in endlich vielen Schritten tatsächlich unmöglich, wie durch die Galoistheorie bewiesen wurde. Die Frage, ob ein exakter unendlicher Grenzprozess... [mehr]

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Das Winkeldritteln mit Zirkel und Lineal ist in endlich vielen Schritten tatsächlich unmöglich, wie durch die Galoistheorie bewiesen wurde. Die Frage, ob ein exakter unendlicher Grenzprozess möglich ist, ist mathematisch interessant und hängt davon ab, was genau unter einem „unendlichen Grenzprozess“ verstanden wird. **Mathematische Einordnung:** - Mit einem Grenzprozess (z.B. einer Folge von Konstruktionen, die sich immer weiter dem Drittel des Winkels annähern) kann man sich dem exakten Drittel beliebig nahe annähern, aber nie in endlich vielen Schritten exakt erreichen. - In der Mathematik ist es durchaus üblich, exakte Werte als Grenzwerte unendlicher Prozesse zu definieren (z.B. bei der Definition von π oder e). - Wenn du also unendlich viele Konstruktionsschritte zulässt, kannst du den Drittelwinkel als Grenzwert einer Folge von Winkeln definieren, die durch eine jeweils verbesserte Konstruktion entstehen. **Fazit:** - Ein exakter unendlicher Grenzprozess ist **theoretisch möglich**: Der Drittelwinkel existiert als Grenzwert einer unendlichen Folge von Konstruktionen. - Praktisch ist eine exakte Konstruktion mit Zirkel und Lineal aber nicht möglich, weil du nie in endlich vielen Schritten ankommst. - In der klassischen Geometrie (Euklidische Konstruktion) werden nur endliche Schritte zugelassen, daher wird der Grenzprozess nicht gelehrt. **Weiterführende Information:** Das Problem ist eng verwandt mit der Frage, welche Zahlen mit Zirkel und Lineal konstruierbar sind. Drittelwinkel sind im Allgemeinen nicht konstruierbar, weil die dazugehörigen Gleichungen (z.B. cos(3x) = cos(α)) auf kubische Gleichungen führen, die nicht immer mit Wurzelausdrücken lösbar sind. Mehr dazu z.B. bei [Wikipedia: Winkeldrittelung](https://de.wikipedia.org/wiki/Winkeldrittelung).