Redigerer Sirkel

[[Fil:Sirkel.JPG|250px|thumb]]
En '''sirkel''' er en [[plan (matematikk)|plan]] lukket [[kurve]] der alle kurvepunktene ligger like langt fra et fast punkt, kalt [[sentrum]].  Alternativt brukes begrepet også for å omtale arealet innenfor en slik kurve.<ref name=MD/>

Alternativt kan en sirkel defineres som det [[Sted#Geometrisk sted|geometriske sted]] for punkt i planet som ligger i en konstant avstand fra et gitt punkt.  Sirkelen er også et spesialtilfelle av en [[ellipse]], der de to brennpunktene i ellipsen er lokalisert i ett og samme punkt.  Som ellipsen tilhører derfor sirkelen [[kjeglesnitt]]ene.

Sirkelen har vært betraktet som en perfekt matematisk figur og har vært gjenstand for oppmerksomhet og beundring helt fra oldtiden. Matematiske arbeid med sirkelen finner en så tidlig som i [[Babylonia]] og i gamle [[Egypt]]. Etter tradisjonen skal den greske filosofen og matematikeren [[Arkimedes]] ha latt falle utsagnet «Ikke rør mine sirkler» like før han ble drept av en romersk soldat. Sirkler har gjennom tidene også vært brukt i ritualer knyttet til [[religion]], [[trolldom]] og [[magi]].

Ordet sirkel blir i dagligtale brukt i mange sammenhenger der noe har egenskaper som minner om den matematiske sirkelen.  Eksempler på dette er «lesesirkel», «sirkeltrening» og «politikkens innerste sirkler».

== Terminologi ==
[[Fil:Sirkel2.JPG|250px|thumb]]
Sirkelens [[diameter]] er et [[linjestykke|linjesegment]] gjennom sentrum mellom to punkter på sirkelen, men «diameter»  blir også brukt for å betegne lengden av dette linjesegmentet.  Tilsvarende er en ''radius'' et linjesegment fra sentrum til et punkt på sirkelen, eventuelt lengden av dette linjesegmentet.

En del av en kurve karakteriseres som en (sirkel)[[bue (geometri)|bue]].  En ''halvsirkel'' er en sirkelbue mellom to punkt som ligger på samme diameter.  En ''kvartsirkel'' er en fjerdedel av en sirkel. En [[enhetssirkelen|enhetssirkel]] er en sirkel med radius lik 1.

En [[korde]] er et linjesegment mellom to punkt på sirkelen, mens en [[sekant]] er en linje gjennom to punkt på sirkelen. Området mellom sirkelbuen og en korde kalles for et [[sirkelsegment]]. En [[tangent (matematikk)|tangent]] har ett og kun ett punkt felles med sirkelen.

En ''sirkelsektor'' er et område i planet, avgrenset av to radier og en sirkelbue.

Ordet ''sirkelflate'' brukes når en ønsker å poengtere arealet innenfor sirkelkurven.   Når «sirkel» brukes for å omtale arealet innenfor kurven, så omtales selve kurven som ''omkretsen'' eller ''periferien''.  «Omkretsen» blir også brukt for å betegne lengden av sirkelkurven.

En ''sentralvinkel'' er en vinkel som har topp-punktet i sentrum av en sirkel, med vinkelbein som går ut til sirkelperifierien.  En ''periferivinkel'' har topp-punktet liggende på perifierien og vinkelbein som også går ut til sirkelperiferien.

== Omkrets og areal ==

Forholdet mellom omkretsen i en sirkel og diameteren er lik [[Pi|π]] (pi), et [[irrasjonalt tall]] tilnærmet lik 3,141592654.  Lengden av omkretsen ''O'' kan derfor uttrykkes som

:<math>O = \pi D = 2 \pi R, \, </math>

der ''D'' er diameteren og ''R'' radien.

[[Areal]]et ''A'' av området innenfor sirkelen er gitt ved formelen

:<math>A = \pi R^2. \, </math>

== Ligning for en sirkel  ==
[[Image:Circle center a b radius r.svg|thumb|right|Sirkel med radius ''R''&nbsp;=&nbsp;1, sentrum (''a'', ''b'') =&nbsp;(1.2,&nbsp;−0.5)]]
Det eksisterer en lang rekke former for ligningen til en sirkel.

=== Kartesiske koordinater ===
I et [[kartesisk koordinatsystem]] (''x'',''y'') er ligningen for en sirkel med sentrum i (''a'',''b'') og radius ''R'' gitt ved

:<math>\left(x - a \right)^2 + \left( y - b \right)^2=R^2.</math>

Ligningen følger fra [[Pythagoras’ læresetning]], som vist på figuren til høyre:  Radien er [[hypotenus]]en i en rettvinklet trekant der [[katet]]ene har lengde henholdsvis {{nowrap|''x'' − ''a''}} og {{nowrap|''y'' − ''b''}}.

Ved å definere to vektorer i planet ''r'' = (''x'',''y'') og ''r''<sub>0</sub> = (''a'',''b''), så kan ligningen for sirkelen skrives på formen

:<math>d(r,r_0) = R \, </math>

der d( , ) er den [[Euklidsk geometri|euklidske]] [[metrikk]]en.

Med sentrum i [[origo]] (0,0) blir formelen for sirkelen

:<math>x^2 + y^2 = R^2. \,</math>

===Sirkel gjennom gitte punkt===

For å [[konstruksjon (geometri)|konstruere]] en sirkel, behøver man i alminnelighet tre gitte punkter. Et av punktene kan velges som sentrum, mens avstanden mellom de to andre kan tas som radius.

Alternativt kan man konstruere en sirkel som går gjennom disse tre punktene såfremt de ikke ligger på en linje. Forbindes punktene med to [[linjestykke]]r, vil disse da være [[korde]]r i sirkelen. Konstruerer man så midtnormalen til hvert av linjestykkene, vil disse skjære hverandre i et punkt som er sirkelens sentrum.

Likedan kan en sirkel [[konstruksjon (geometri)|konstrueres]] ut fra kun to gitte punkt. For eksempel kan det ene punktet velges som sentrum i sirkelen, mens [[linjestykke]]t som forbinder dem, tas som radius. Men hvis sirkelen skal gå gjennom begge disse to punktene {{nowrap|''A {{=}} (x<sub>A</sub>,y<sub>A</sub>)''}} og {{nowrap|''B {{=}} (x<sub>B</sub>,y<sub>B</sub>)''}} og samtidig være entydig bestemt, må de være endepunktene til en [[diameter]] i sirkelen. For et vilkårlig punkt {{nowrap|''P {{=}} (x,y)''}} på den, vil da linjestykkene ''AP'' og ''BP'' stå [[vinkelrett]] på hverandre. Dette følger fra [[Tales’ teorem|Tales’ halvsirkelteorem]]. Produktet av [[stigningstall]]ene for de to [[linje]]stykkene må da være ''-1'', det vil si

: <math> {y - y_A\over x - x_A}\cdot {y - y_B\over x - x_B} = -1 </math>

Skrevet ut, gir dette ligningen {{nowrap|''(x - x<sub>A</sub>)(x - x<sub>B</sub>) + (y - y<sub>A</sub>)(y - y<sub>B</sub>) {{=}} 0''}} for sirkelen med linjestykket ''AB'' som diameter. Ved å omforme den til standardformen {{nowrap|''(x - a)<sup>2</sup> + (y - b)<sup>2</sup> {{=}} r<sup>&thinsp;2</sup>''}}, kan koordinatene for sirkelens sentrum ''C = (a,b)'' og dens radius ''r&thinsp;'' finnes uttrykt ved koordinatene til punktene ''A'' og ''B''.

=== Polarkoordinater ===
I [[polarkoordinatsystem|polarkoordinater]] får ligningen for en sirkel med sentrum i origo en spesielt enkel form:

:<math>r = R \, </math>

For et mer generelt sentrum (''r''<sub>0</sub>,θ<sub>0</sub>) er formelen mer komplisert:

:<math>r^2 - 2 r r_0 \cos(\theta - \theta_0) + r_0^2 = R^2\,</math>

=== Parameterformer ===

[[Fil:Weierstrass substitution.png|thumb|right|300px|Man kan benytte den halve vinkel som parameter {{nowrap|''t'' {{=}} tan(''&phi;/2''&thinsp;)}} i beskrivelsen av sirkelen.]]
For en sirkel med sentrum i [[origo]] kan man bruk vinkelen ''&phi;'' som radius danner med ''x''-aksen, som en parameter for hvert punkt (''x,y'') som ligger på sirkelen. Setter man radius ''r = 1'' og bruker de vanlige [[trigonometriske funksjoner|trigonometriske funksjonene]], gir derfor {{nowrap|''x'' {{=}} cos''&phi;''}} og {{nowrap|''y'' {{=}} sin''&phi;''}} en [[parameterfremstilling]] av sirkelen. Parameteren ''&phi;'' varierer fra 0 til ''2&pi;&thinsp;'' når man går rundt sirkelen.

En annen parametrisering finner man ved å trekke en rett linje fra punktet (-1,0) til (''x,y'') på sirkelen. Den skjærer ''y''-aksen i punktet (0,''t''&thinsp;) hvor ''t&thinsp;'' kan betraktes som en ny parameter. Fra setningen om [[periferivinkel|periferivinkler]] vet vi at denne linjen danner vinkelen ''&phi;/2''&thinsp; med ''x''-aksen. Ved å bruke [[Pythagoras' læresetning]] ser man fra figuren at

: <math> \sin{\phi\over 2} = {t\over\sqrt{1 + t^2}}, \;\;\; \cos{\phi\over 2} = {1\over\sqrt{1 + t^2}},</math>

Benytter man nå de [[trigonometriske identiteter|trigonometriske relasjonene]] for sinus og cosinus uttrykt ved den halve vinkel, er

:<math>\begin{alignat}{2}  \sin\phi &= 2\sin{\phi\over 2}\cos{\phi\over 2} = {2t\over 1 + t^2}\\
               \cos\phi  &= \cos^2{\!\phi\over 2} - \sin^2{\!\phi\over 2} = {1 - t^2\over 1 + t^2} \\ 
\end{alignat}</math>

Dette gir en alternativ parametrisering av sirkelen uten bruk av trigonometriske funksjoner,

:<math>\begin{alignat}{2}
x &= a + R \frac{1-t^2}{1+t^2} \\
y &= b + R \frac{2t}{1+t^2}
\end{alignat}</math>

når man plasserer den med sentrum i (''a,b'') og med radius ''r = R''.

=== Naturlige ligninger ===
Ifølge [[Kurve#Fundamentalteoremet for romkurver|fundamentalteoremet for romkurver]] kan en kurve defineres ved hjelp av begrepene krumning κ og torsjon τ, og definisjonen er entydig bortsett fra posisjon og orientering i rommet.  De såkalte naturlige ligningene for en sirkel i rommet er

:<math>\begin{alignat}{2}
\kappa &= \frac{1}{R} \\
\tau &= 0 \\
\end{alignat}</math>

Sirkelen er altså den eneste romkurven med konstant positiv krumning og null torsjon.

=== Sirkler i det komplekse plan ===
I det [[komplekst tall|komplekse planet]] vil en sirkel med sentrum i ''z'' = ''c'' og radius ''R'' ha ligningen

:<math>|z-c\, |^2 = R^2\,</math>.

På parameterform kan denne ligningen skrives som

:<math>z = Re^{it}+ c \, </math>.

==Tangent til sirkelen==
I et punkt ''P = (x<sub>0</sub>,y<sub>0</sub>)''&thinsp; på sirkelen ''x<sup>2</sup> + y<sup>2</sup> = r<sup>2</sup>&thinsp;'' står [[tangent (matematikk)|tangenten]] [[vinkelrett]] på radius til dette punktet. Dens [[stigningstall]] er derfor {{nowrap|''k {{=}} - x<sub>0</sub>/y<sub>0</sub>''.}} Ligningen for [[linje]]n gjennom dette punkt og langs tangenten er {{nowrap|''y - y<sub>0</sub> {{=}} k(x - x<sub>0</sub>)''&thinsp;}} som dermed blir

: <math> xx_0 + yy_0 = r^2 </math>

etter å ha brukt at koordinatene ''x<sub>0</sub>''&thinsp; og ''y<sub>0</sub>&thinsp;'' oppfyller sirkelligningen.

Samme ligning beskriver også [[pol og polare|polaren]] til et vilkårlig punkt ''P = (x<sub>0</sub>,y<sub>0</sub>)''&thinsp; med hensyn på samme sirkel. Da er dette punktet [[pol og polare|polen]] for denne rette linjen. Når punktet ligger på sirkelen, faller tangenten sammen med polaren.

== Sirkler i rommet ==
[[File:Linalg great circle.png|thumb|right|Storsirkel på en kuleflate]]
På en [[kule]]flate er en [[storsirkel]] en sirkel som har samme radius som kuleflata og som også deler sentrum med kuleflata. Storsikelen vil ligge på et plan gjennom sentrum i kuleflata.  Den korteste avstanden mellom to punkt på en kuleflate vil være langs storsirkelen som går gjennom begge punktene.  En slik kurve kalles generelt en [[geodetisk kurve]].

Tilsvarende er en ''småsirkel'' en sirkel på kuleflata, definert med en radius mindre enn kuleflata. [[Polarsirklene]] er småsirkler.

På [[jorden|jordkloden]] vil en [[lengdegrad|meridian]] følge en storsirkel gjennom [[Nordpolen]] og [[Sydpolen]].

== Koordinatsystem basert på sirkler ==
Sirkelen danner grunnlaget for flere [[koordinatsystem]] i planet, blant annet [[polarkoordinatsystem|polarkoordinater]] og [[bipolare koordinater]]. I disse systemene vil en eller begge koordinater være konstant på en sirkel omkring et fokuspunkt.  Polarkoordinater har ett fokuspunkt, bipolare koordinater to. Disse koordinatsystemene har mange anvendelser i matematikk, blant annet til løsning av [[differensialligning]]er.  De todimensjonale sirkelbaserte koordinatsystemene er igjen utgangspunkt for flere koordinatsystemer i rommet, som for eksempel [[sylinderkoordinater]].

== Punkts potens med hensyn på en sirkel ==
[[File:Power point simple.svg|thumb|250px|left|Illustrasjon av potensen til punktet ''P'' med hensyn på sirkelen]]
I plangeometri er [[Potens til et punkt|et punkts potens]] med hensyn på en sirkel et mål for avstanden fra punktet til sirkelen. Dersom en sekant gjennom punktet P skjærer sirkelen i de to punktene ''M'' og ''N'', så er punktets potens med hensyn på sirkelen lik produktet av lengdene ''PM'' og ''PN''.

Et punkt som ligger utenfor sirkelen har positiv potens, mens et punkt innenfor har negativ potens.  Potensen til et punkt på sirkelen er lik null.

[[Potens til et punkt|Potensen]] til et punkt med hensyn på en sirkel er uavhengig av valg av sekant.  Med referanse til illustrasjonen til venstre er

: <math> PT^2  = PM\cdot PN  = PA\cdot PB = (s - r)\cdot (s + r) = s^2 - r^2 </math>

Her er ''r'' radien i sirkelen og ''s'' er avstanden fra punktet ''P'' til sentrum i sirkelen.  Linja gjennom ''PT'' er en [[tangent (matematikk)|tangent]] til sirkelen.  
{{Clear}}

== Etymologi ==
Ordet «sirkel» har opphav i det [[latin]]ske «circulus», en [[diminutiv]] form av «circus» som betydde «ring».  Opprinnelig var ordet knyttet til fysiske objekt, men etter hvert ble «circulus» brukt om både reelle og abstrakte objekt som lignet en ring.

«Diameter» kan føres tilbake til gresk, fra forstavelsen «dia» = «gjennom, over» og substantivet «metron» = «mål».

Også «radius» er et latinsk ord, med betydning «stav».  Det moderne ordet [[radio]] har samme opphav:  radiobølgene stråler ut fra et senter tilsvarende som i radien i en sirkel.

== Se også ==

* [[Ekliptikken]], sirkelbanen til sola
* [[Episyklus]], en form for sirkelbevegelse
* [[Sektordiagram|Sirkeldiagram]], også kalt sektordiagram eller kakediagram
* [[Sirkelmodellen]], modell for bystruktur

== Referanser ==

<references>
<ref name=MD>{{Kilde bok
| forfatter=E.J.Borowski, J.M.Borwein
| redaktør= 
| utgivelsesår=1989
| artikkel=
| tittel=Dictionary of mathematics
| bind=
| utgave=
| utgivelsessted= Glasgow
| forlag= Collins
| side=
| isbn= 0-00-434347-6
| id=
| kommentar= 
| url= }}
</ref>
</references>

== Litteratur ==

*{{Kilde bok
| forfatter= D.J.Struik
| redaktør= 
| utgivelsesår=1961
| artikkel=
| tittel=Lectures on classical differential geometry
| bind=
| utgave=
| utgivelsessted= New York
| forlag= Dover  Publications
| side=
| isbn= 0-486-65609-8 
| id=
| kommentar= 
| url= }}
*{{Kilde bok
| forfatter= Steven Schwartzman
| redaktør= 
| utgivelsesår=1994
| artikkel=
| tittel=The words of mathematics.  An etymological dictionary of mathematical terms used in English
| bind=
| utgave=
| utgivelsessted= Washington, DC
| forlag= The Mathematical Association of America
| side=
| isbn= 0-88385-511-9
| id=
| kommentar= 
| url= }}
{{Autoritetsdata}}

[[Kategori:Sirkler]]