Summe aller Quadratflächen+Umfang

Aufrufe: 493     Aktiv: 15.09.2020 um 20:25

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Ich habe ein Quadrat mit der Seitenlänge 8. In diesesm Quadrat ist genau in der Mitte ein Kreis, der genau alle 4 Seiten des Quadrates nur 1 mal berührt. In diesem Kreis liegt ein Quadrat, dessen 4 Eckpunkte genau den Kreis berühern. In diesem Quadrat liegt wieder ein Kreis und so geht es die ganze Zeit weiter.

Wie kann ich mir alle Qudratflächen und die Summe aller Umfänge der Quadrate ausrechnen? Danke im Voraus für die Lösung, den Rechenweg oder einen Hinweis!

 

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Das Prinzip ist folgendermaßen:

  • Die Seitenlänge des ersten Quadrates ist \(a_1 = 8\)
  • \(\implies\) Der Radius des ersten Kreises ist also \(r_1 = \dots\)
  • \(\implies\) Die Diagonale des zweiten Quadrates ist \(d_2 = \dots\)
  • \(\implies\) Die Seitenlänge des zweiten Quadrates ist \(a_2 = \dots\)
  • \(\implies\) Der Radius des zweiten Kreises \(\dots\)
  • usw.

Mach dir eine kleine Skizze, dann siehst du genau, was ich meine.

Geht's damit?

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Ja, das habe ich verstanden. Ich kann mir jede Seitenlänge berechnen....
Wie muss aber die unendliche Folge, oder wie man das auch immer berechnen, lauten, dass man auf das Ergebnis kommt?
  ─   maximilian.eder 14.09.2020 um 19:42

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Na ja, wenn du

\[ \textstyle a_1 = 8 \,, \quad a_2 = 4 \sqrt 2 \,, \quad a_3 = 4 \,, \quad \dots \]

hast, dann ist die Rekursionsformel für die Folge \( (a_i)_{i \in \mathbb N} \) doch

\[ \textstyle a_i = 8 \left( \frac 12 \sqrt 2 \right) ^{i-1} \]

Die Flächen der Quadrate sind einfach \( A_i = a_i^2 \). Schwierig ist höchstens „die Summe aller Umfänge der Quadrate“ – ist das wirklich so gefragt? Wenn ja, dann ist das eine „Reihe“ und zwar in deinem Fall eine „Geometrische Reihe“. Dafür gibt es eine Formel

\[ \sum_{i=0}^\infty x^i = \frac 1 {1-x} \]

(die man aber nur benutzen darf, wenn \(|x| < 1\)). In deiner Aufgabe ist \( x = \frac 12 \sqrt 2 \). (Überleg dir, was passiert, wenn das \(i\) bei \(0\) beginnt, wir aber mit \(a_1\) angefangen haben.) Und vor die Reihe kommt noch ein Faktor \(4 \cdot 8\).

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