Inkreismittelpunkt


Inkreismittelpunkt
Fünfeck mit Inkreis

Der Inkreis eines Polygons (Vielecks) ist der Kreis, der alle Seiten des Polygons in ihrem Inneren berührt (das heißt er berührt die Strecken zwischen den Eckpunkten und nicht ihre Verlängerungen). Er ist gleichzeitig der größte Kreis, der vollständig in dem gegebenen Polygon liegt.

Nur solche Polygone, bei denen sich alle Winkelhalbierenden der Innenwinkel des Polygons in einem Punkt schneiden, besitzen einen Inkreis. Der Schnittpunkt ist in diesem Fall der Mittelpunkt des Inkreises.

Existiert der Inkreis eines Polygons mit Flächeninhalt A und Umfang u, so hat der Inkreisradius den Wert

r = \frac{2A}{u}.

Inhaltsverzeichnis

Inkreis eines Dreiecks

Dreieck mit Inkreis

Eine besonders große Bedeutung hat der Inkreis in der Dreiecksgeometrie. Jedes Dreieck besitzt einen Inkreis, wie im Folgenden begründet wird.

Alle Punkte der Winkelhalbierenden des Innenwinkels \alpha = \angle BAC haben den gleichen Abstand von den Seiten [AB] und [CA]. Entsprechend haben die Punkte der Winkelhalbierenden von \beta = \angle CBA den gleichen Abstand von [BC] und [AB]. Der Schnittpunkt dieser beiden Winkelhalbierenden hat also von allen drei Seiten des Dreiecks ([AB], [BC] und [CA]) gleichen Abstand. Er muss also auch auf der dritten Winkelhalbierenden liegen. Zeichnet man um diesen Schnittpunkt einen Kreis, der eine Seite des Dreiecks berührt, so berührt dieser Kreis auch die beiden anderen Seiten.

Der Inkreis berührt alle drei Seiten im Inneren - im Gegensatz zu den drei Ankreisen, die jeweils das Innere einer Seite und die Verlängerungen der beiden anderen Seiten berühren.

Der Inkreismittelpunkt, also der Schnittpunkt der Winkelhalbierenden, zählt zu den ausgezeichneten Punkten des Dreiecks. Er trägt die Kimberling-Nummer X1.

Radius

Ist A der Flächeninhalt des Dreiecks mit den Seiten a, b und c, so berechnet sich der Radius r des Inkreises durch:

r = \frac{2 A}{a+b+c} = \sqrt{\frac{(s-a) (s-b) (s-c)}{s} }

mit

s = \frac{a+b+c}{2}

Je nach den gegebenen Parametern des Dreiecks ist folgender Zusammenhang interessant:

r = \frac{a}{\cot\left(\frac{\beta}{2}\right) + \cot\left(\frac{\gamma}{2}\right)}
= \frac{b}{\cot\left(\frac{\alpha}{2}\right) + \cot\left(\frac{\gamma}{2}\right)}
= \frac{c}{\cot\left(\frac{\alpha}{2}\right) + \cot\left(\frac{\beta}{2}\right)}

Koordinaten

Inkreismittelpunkt eines Dreiecks (X1)
Trilineare Koordinaten 1 \,: \, 1 \,: \, 1
Baryzentrische Koordinaten a \,: \, b \,: \, c

Weitere Eigenschaften

  • Die Entfernung zwischen der Ecke A und einem der benachbarten Berührpunkte des Inkreises ist gleich sa; dabei bedeutet s wie oben den halben Umfang. Entsprechendes gilt für die Ecken B und C.
  • Die Verbindungsgeraden der Ecken des Dreiecks mit den gegenüberliegenden Berührpunkten des Inkreises schneiden sich in einem Punkt, dem Gergonne-Punkt.

Inkreise anderer Vielecke

Während bei Dreiecken stets ein Inkreis existiert, trifft dies bei Vielecken (Polygonen) mit mehr als drei Ecken nur in Sonderfällen zu.

Vierecke, die einen Inkreis besitzen, heißen Tangentenvierecke. Zu ihnen gehören alle konvexen Drachenvierecke, insbesondere alle Rauten und Quadrate.

Regelmäßige Vielecke haben - unabhängig von der Zahl der Ecken - stets einen Inkreis. Für den Inkreisradius eines regelmäßigen n-Ecks mit der Seitenlänge a gilt:

r = \frac{a}{2 \tan\frac{180^\circ}{n}}

Siehe auch

Literatur

  • H. S. M. Coxeter und S. L. Greitzer: Zeitlose Geometrie. Klett, Stuttgart 1983.

Weblinks


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