Bachelorarbeit, 2019
33 Seiten, Note: 2,3
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Vorgehensweise
2 Rekursionsformeln und zyklische Klassen
2.1 Einleitende Vereinbarungen
2.2 Rekursionsformeln
2.3 Zyklische Klassen
2.3.1 Beispiele zyklischer Klassen
3 Zyklische Abbildungen von n-Ecken
3.1 Allgemeine zyklische Abbildungen
3.2 Das zyklische Weiterrücken - Eine besondere zyklische Abbildung
3.2.1 Beispiele zyklischer Abbildungen
4 Der Zerlegungs- und Urbildsatz
4.1 Annulatorpolynome
4.2 Der Zerlegungssatz
4.3 Der Urbildsatz
4.4 Anwendungsbeispiel
5 Reduktion auf die atomaren n-Ecke
5.1 Im Komplexen
5.2 Im Reelen
6 Der Propellersatz
7 Die Viereckstheoreme
8 Ergebnisse
Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, die von Friedrich Bachmann entwickelte Theorie der n-Ecke strukturiert darzustellen, ihre mathematischen Grundlagen durch Polynome und zyklische Abbildungen zu erläutern und ihre Anwendung auf geometrische Problemsätze aufzuzeigen.
3.2 Das zyklische Weiterrücken - Eine besondere zyklische Abbildung
In Bemerkung 1 haben wir bereits gesehen, dass sich aus einem n-Eck A = (a0, a1, ..., an−1) auch alle anderen n-Ecke bilden lassen, die durch zyklische Permutation der Ecken von A entstehen. Die Menge der zyklischen Permutationen kann ebenfalls mithilfe einer zyklischen Abbildung beschrieben werden.
Definition 7: Die zyklische Abbildung x: Nn → Nn, (a0, a1, ..., an−1) → (a1, a2, ..., an−1, a0) nennen wir den Operator des zyklischen Weiterrückens.
Bemerkung 5: Jede zyklische Klasse ist nach Definition invariant gegenüber x.
Durch eine Hintereinanderausführung von x erhalten wir alle n-Ecke die sich durch zyklische Permutation der Ecken ergeben.
Bemerkung 6: Aus Definition 7 ergibt sich: x2(a0, a1, ..., an−1) = x ◦ x(a0, a1, ..., an−1) = x(a1, a2, ..., an−1, a0) = (a2, a3, ..., an−1, a0, a1) (21). Wir werden im Folgen das Bild jedes n-Ecks A aus der Menge Nn unter der Abbildung x mit xA bezeichnen. Die zyklischen Abbildungen gehorchen den üblichen Rechenregeln für Funktionen.
1 Einleitung: Beschreibt die Motivation zur Auseinandersetzung mit der Theorie von Friedrich Bachmann und skizziert die Vorgehensweise der Arbeit.
2 Rekursionsformeln und zyklische Klassen: Führt die mathematischen Definitionen für n-Ecke und zyklische Klassen ein und etabliert rekursive Gleichungssysteme.
3 Zyklische Abbildungen von n-Ecken: Untersucht Abbildungen der Menge der n-Ecke in sich selbst, insbesondere den Operator des zyklischen Weiterrückens.
4 Der Zerlegungs- und Urbildsatz: Behandelt Annullatorpolynome und beweist Sätze zur Zerlegbarkeit von n-Ecken sowie zur Existenz von Urbildern.
5 Reduktion auf die atomaren n-Ecke: Analysiert die Zerlegung von Polygonen in atomare Bestandteile im komplexen und reellen Bereich.
6 Der Propellersatz: Wendet die erarbeitete Theorie auf den Propellersatz an und vergleicht sie mit klassischen Ansätzen der Geometrie.
7 Die Viereckstheoreme: Demonstriert die Leistungsfähigkeit der Bachmann-Theorie an weiteren Sätzen über Vierecke.
8 Ergebnisse: Zieht ein Fazit über die Erreichbarkeit der Zielsetzung und die Anwendbarkeit der Theorie auf den Schulunterricht.
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Die Arbeit befasst sich mit der elementaren n-Ecks-Theorie nach Friedrich Bachmann als alternative Methode zur Betrachtung von Polygonen mittels linearer Algebra und Polynomen.
Zentrale Themen sind zyklische Gleichungssysteme, zyklische Abbildungen, die Zerlegung von n-Ecken und die Anwendung dieser Methoden auf klassische geometrische Sätze.
Das Ziel ist die Darstellung der Bachmann-Theorie sowie der Beweis, dass geometrische Sätze durch Polynomzerlegung und lineare Gleichungen einfacher behandelbar sind.
Es wird eine algebraische Herangehensweise genutzt, bei der n-Ecke durch Polynome annulliert und über zyklische Operatoren sowie Faktorzerlegung analysiert werden.
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen der Klassenbildung, die Operatortheorie, zentrale Zerlegungs- und Urbildsätze sowie deren Anwendung auf spezifische geometrische Probleme.
Die Arbeit wird durch Begriffe wie n-Ecke, zyklische Klassen, Annullatorpolynome, Zerlegungssatz und lineare Transformationen charakterisiert.
Die Bachmann-Theorie ermöglicht durch die spezifische Modellierung als n-Eck und die Nutzung des Operators des zyklischen Weiterrückens, geometrische Probleme auf das Lösen einfacherer algebraischer Gleichungen zu reduzieren.
Der Propellersatz dient als prominentes Anwendungsbeispiel, um die Effektivität und Vereinfachung der Bachmann-Theorie im direkten Vergleich zum elementar-geometrischen Beweis aufzuzeigen.
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