Warum ist ein exaktes Winkeldritteln mit Hilfe der Parabel y = x^2 für beliebige Winkel möglich, obwohl es als unmöglich bewiesen ist?

Question

Warum ist ein exaktes Winkeldritteln mit Hilfe der Parabel y = x^2 für beliebige Winkel möglich, obwohl es als unmöglich bewiesen ist?

Antwort

Verwandte Fragen

Worin unterscheidet sich die Kurvenerzeugung der Parabel y=x^2 von der des Kreises y=(r^2-x^2)^{1/2}, sodass Euklid sie nicht zulässt?

Parabel schneidet bei x = -2 und x = 4 die x-Achse. Wie lautet b und die Parabelgleichung?

Was ist unmöglich: der exakte klassisch konstruierte Prozess des Winkeldrittelns oder die exakte Darstellung der Winkeldrittelgröße?

Hat Wantzel bewiesen, ob eine Winkeldrittelung mit Zirkel und Lineal möglich ist oder hat er zur Darstellung der Winkeldrittelgröße als Zahl beigetragen?

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

Gibt es eine endliche Winkeldrittel-Konstruktion mit kubischer Parabel und wo wurde sie veröffentlicht?

Accepted Answer

Das exakte Winkeldritteln ist mit Zirkel und Lineal für beliebige Winkel **unmöglich** – das wurde 1837 von Pierre Wantzel bewiesen. Der Beweis bezieht sich aber **ausschließlich** auf Konstruktionen, die nur mit Zirkel und Lineal durchgeführt werden dürfen. Wenn du aber eine Parabel, zum Beispiel \( y = x^2 \), als zusätzliches Hilfsmittel verwendest, verlässt du die klassischen Regeln der "Zirkel-und-Lineal-Konstruktion". Mit einer Parabel (oder anderen bestimmten Kurven, wie der Neusis-Konstruktion oder der sogenannten "Trisektrix") ist das exakte Winkeldritteln tatsächlich **möglich**. **Warum ist das so?** - Das Problem beim Winkeldritteln mit Zirkel und Lineal ist, dass die Gleichung, die du lösen musst (im Wesentlichen eine kubische Gleichung), mit diesen Werkzeugen nicht immer lösbar ist. - Mit einer Parabel kannst du aber geometrisch eine Konstruktion durchführen, die einer Lösung einer kubischen Gleichung entspricht. - Das heißt: Die Parabel erweitert die "Werkzeugkiste" so, dass du Aufgaben lösen kannst, die mit Zirkel und Lineal allein nicht gehen. **Fazit:** Das exakte Winkeldritteln ist mit Zirkel und Lineal unmöglich, aber mit einer Parabel (wie \( y = x^2 \)) möglich, weil du damit zusätzliche mathematische Operationen (wie das Lösen kubischer Gleichungen) geometrisch umsetzen kannst. Der Unmöglichkeitsbeweis gilt nur für die klassischen Werkzeuge, nicht für Konstruktionen mit Parabeln. Weitere Infos: - [Winkeldrittelung – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Winkeldrittelung) - [Wantzelscher Unmöglichkeitsbeweis – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Winkeldrittelung#Wantzelscher_Unm%C3%B6glichkeitsbeweis)

Accepted Answer

Die Unterschiede in der Kurvenerzeugung zwischen der Parabel \( y = x^2 \) und dem Kreis \( y = \sqrt{r^2 - x^2} \) liegen in den Prinzipien der klassischen euklidischen Geometrie, wie sie Euklid in s... [mehr]

Accepted Answer

Die Unterschiede in der Kurvenerzeugung zwischen der Parabel \( y = x^2 \) und dem Kreis \( y = \sqrt{r^2 - x^2} \) liegen in den Prinzipien der klassischen euklidischen Geometrie, wie sie Euklid in seinen „Elementen“ festgelegt hat. **1. Euklidische Konstruktionen:** Euklid erlaubt nur Konstruktionen mit Zirkel und Lineal. Das bedeutet, es dürfen nur Geraden und Kreise (bzw. Kreisbögen) gezeichnet werden, die durch diese Werkzeuge entstehen. **2. Kreis:** Die Gleichung \( x^2 + y^2 = r^2 \) beschreibt einen Kreis mit Mittelpunkt im Ursprung und Radius \( r \). Einen Kreis kann man mit Zirkel und Lineal nach Euklid konstruieren, indem man einen festen Punkt (Mittelpunkt) und einen festen Abstand (Radius) vorgibt. **3. Parabel:** Die Gleichung \( y = x^2 \) beschreibt eine Parabel. Parabeln sind Kegelschnitte, die entstehen, wenn man einen Kegel mit einer Ebene schneidet, die parallel zu einer Mantellinie des Kegels verläuft. Die Parabel lässt sich jedoch **nicht** mit Zirkel und Lineal konstruieren. Es gibt kein euklidisches Verfahren, mit dem man eine Parabel direkt zeichnen kann, da sie nicht durch die Grundoperationen (Kreis und Gerade) erzeugt werden kann. **4. Prinzipieller Unterschied:** - **Kreis:** Erlaubt, da er mit Zirkel und Lineal konstruiert werden kann. - **Parabel:** Nicht erlaubt, da sie nicht mit Zirkel und Lineal konstruiert werden kann. **5. Mathematischer Hintergrund:** - Die Kreisgleichung ist algebraisch zweiten Grades in beiden Variablen und entspricht der Definition eines Kreises als Menge aller Punkte mit konstantem Abstand zum Mittelpunkt. - Die Parabelgleichung ist zwar auch zweiten Grades, aber sie beschreibt eine andere Kurvenart, die nicht auf die euklidischen Grundkonstruktionen zurückgeführt werden kann. **Fazit:** Euklid lässt die Parabel nicht zu, weil sie nicht mit Zirkel und Lineal erzeugt werden kann, während der Kreis genau diesen Prinzipien entspricht. Das ist der fundamentale Unterschied in der Kurvenerzeugung, der dazu führt, dass Euklid die Parabel nicht zulässt, den Kreis aber schon. Weitere Informationen zu Euklids Geometrie: [Wikipedia: Euklidische Geometrie](https://de.wikipedia.org/wiki/Euklidische_Geometrie) [Wikipedia: Parabel](https://de.wikipedia.org/wiki/Parabel_(Mathematik)) [Wikipedia: Kreis](https://de.wikipedia.org/wiki/Kreis)

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Gegeben ist, dass die Parabel die x-Achse bei \( x = -2 \) und \( x = 4 \) schneidet. Das bedeutet, die Nullstellen der Parabel sind \( x_1 = -2 \) und \( x_2 = 4 \). Die allgemeine Form einer Parabe... [mehr]

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Gegeben ist, dass die Parabel die x-Achse bei \( x = -2 \) und \( x = 4 \) schneidet. Das bedeutet, die Nullstellen der Parabel sind \( x_1 = -2 \) und \( x_2 = 4 \). Die allgemeine Form einer Parabel (quadratische Funktion) mit den Nullstellen \( x_1 \) und \( x_2 \) lautet: \[ y = a(x - x_1)(x - x_2) \] Setze die Werte ein: \[ y = a(x + 2)(x - 4) \] Wenn keine weiteren Angaben (z.B. Scheitelpunkt oder ein Punkt, durch den die Parabel verläuft) gemacht werden, kann \( a \) beliebig gewählt werden. Häufig wird \( a = 1 \) angenommen, wenn nichts anderes gegeben ist. **1. Gleichung der Parabel (mit \( a = 1 \)):** \[ y = (x + 2)(x - 4) \] \[ y = x^2 - 4x + 2x - 8 \] \[ y = x^2 - 2x - 8 \] **2. Parameter \( b \) in der Form \( y = x^2 + bx + c \):** Vergleiche: \[ y = x^2 - 2x - 8 \] Hier ist \( b = -2 \). **Antwort:** - \( b = -2 \) - Die Gleichung der Parabel lautet: \( y = x^2 - 2x - 8 \) Falls ein anderer Wert für \( a \) gegeben ist, müsste dieser noch eingesetzt werden.

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Generell ist das **exakte Winkeldritteln** mit Zirkel und Lineal (klassische Konstruktion) für einen beliebigen Winkel unmöglich. Das bedeutet: Es gibt Winkel, die sich mit diesen klassische... [mehr]

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Generell ist das **exakte Winkeldritteln** mit Zirkel und Lineal (klassische Konstruktion) für einen beliebigen Winkel unmöglich. Das bedeutet: Es gibt Winkel, die sich mit diesen klassischen Werkzeugen nicht exakt in drei gleiche Teile teilen lassen. Die **exakte Darstellung der Winkeldrittelgröße** ist hingegen mathematisch möglich, zum Beispiel als Zahl (z. B. \(\cos(\alpha/3)\)), als Lösung einer Gleichung oder mit anderen Hilfsmitteln. Sie ist nur mit Zirkel und Lineal nicht immer konstruierbar. **Fazit:** Unmöglich ist der exakte klassische Konstruktionsprozess des Winkeldrittelns für beliebige Winkel. Die exakte mathematische Darstellung der Winkeldrittelgröße ist hingegen möglich.

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Pierre-Laurent Wantzel hat 1837 einen bedeutenden mathematischen Beweis erbracht, der sich direkt auf das Problem der Winkeldrittelung mit Zirkel und Lineal bezieht. Er zeigte, dass es im Allgemeinen... [mehr]

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Pierre-Laurent Wantzel hat 1837 einen bedeutenden mathematischen Beweis erbracht, der sich direkt auf das Problem der Winkeldrittelung mit Zirkel und Lineal bezieht. Er zeigte, dass es im Allgemeinen **unmöglich ist, einen beliebigen Winkel mit Zirkel und Lineal exakt zu dritteln**. Konkret bewies Wantzel, dass die Winkeldrittelung auf die Lösung einer kubischen Gleichung zurückgeführt werden kann, die im Allgemeinen nicht mit Zirkel und Lineal lösbar ist. Das liegt daran, dass mit diesen Werkzeugen nur solche Zahlen konstruiert werden können, die durch eine endliche Folge von Quadratwurzeln aus rationalen Zahlen gewonnen werden können (also sogenannte "konstruktible Zahlen"). Die Lösung der Gleichung, die bei der Winkeldrittelung entsteht, ist aber im Allgemeinen nicht konstruktibel. Zusammengefasst: - Wantzel bewies **die Unmöglichkeit der allgemeinen Winkeldrittelung mit Zirkel und Lineal**. - Er zeigte, dass die Zahl, die der Drittelung eines beliebigen Winkels entspricht, im Allgemeinen **nicht konstruktibel** ist. Mehr dazu findest du z.B. auf [Wikipedia: Pierre Wantzel](https://de.wikipedia.org/wiki/Pierre_Laurent_Wantzel) und [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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Ja, es gibt eine endliche Konstruktion zur Winkeldrittelung mit Hilfe einer kubischen Parabel. Während die klassische Winkeldrittelung mit Zirkel und Lineal unmöglich ist, kann sie mit besti... [mehr]

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Ja, es gibt eine endliche Konstruktion zur Winkeldrittelung mit Hilfe einer kubischen Parabel. Während die klassische Winkeldrittelung mit Zirkel und Lineal unmöglich ist, kann sie mit bestimmten zusätzlichen Kurven, wie der kubischen Parabel, durchgeführt werden. **Mathematischer Hintergrund:** Die Winkeldrittelung ist mit Zirkel und Lineal nicht möglich, weil sie auf die Lösung einer kubischen Gleichung hinausläuft, was mit diesen Werkzeugen nicht immer geht. Fügt man jedoch eine kubische Parabel als Hilfsmittel hinzu, kann man die Winkeldrittelung geometrisch lösen. **Veröffentlichung und Quellen:** Eine klassische Beschreibung dieser Methode findet sich in vielen mathematischen Lehrbüchern und Artikeln. Ein bekannter Beleg ist: - Felix Klein: *Vorlesungen über die Entwicklung der Mathematik im 19. Jahrhundert*, insbesondere Band 1, Kapitel über die Winkeldrittelung. - Weitere Darstellung: - [Wikipedia: Winkeldrittelung – Konstruktion mit kubischer Parabel](https://de.wikipedia.org/wiki/Winkeldrittelung#Konstruktion_mit_kubischer_Parabel) - Hans Wussing: *Die Genesis des abstrakten Gruppenbegriffs*, Kapitel zur klassischen Geometrie. **Kurze Beschreibung der Methode:** Man konstruiert eine kubische Parabel (z. B. \( y = x^3 \)) und nutzt deren Schnittpunkte mit einer Geraden, die durch den zu drittelnden Winkel bestimmt wird. Die Konstruktion ist endlich, da sie mit einer endlichen Anzahl von Schritten durchgeführt werden kann, sofern die kubische Parabel als gegeben vorausgesetzt wird. **Zusammenfassung:** Mit einer kubischen Parabel ist die endliche Winkeldrittelung möglich. Die Methode ist in mathematischen Standardwerken und auf [Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Winkeldrittelung#Konstruktion_mit_kubischer_Parabel) dokumentiert.