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Für zwei komplexe Zahlen z=x+iy ∈ℂ und 0≠w=u+iv ∈ℂ mit u,v,x,y ∈ℝ und γ∈ℝ beschreibt eine komplexe bzw. reelle Gleichung der folgenden Form

$$ 2*Re(z*\overline { w } )=\gamma \quad \Leftrightarrow \quad 2*(xu+yw)=\gamma $$

eine Gerade in der Ebene. Wir definieren nun die Inversionsabbildung I als

$$ I:{ ℂ }_{ \neq 0 }\rightarrow { ℂ }_{ \neq 0 },\quad I:z\mapsto \frac { 1 }{ \overline { z }  }  $$

Folgende Eigenschaften sind zu zeigen:

(i) Das Bild G:=I(K\{0}) eine Kreislinie K durch den Ursprung 0 ist eine Gerade in ℂ≠0

(ii) Die Menge K' := I(G')∪{0}, mit I(G') dem Bild einer Geraden G'⊂ℂ≠0 ist eine Kreislinie durch den Ursprung 0.

(iii) Die Menge I(G''\{0})⊂{0} einer Geraden G'' durch den Ursprung 0 ist wieder G''

Hinweis: ich darf verwenden, dass das Bild I(K)⊂ℂ≠0 einer Kreislinie K ⊂ℂ≠0 wieder eine Kreislinie ist.

Wie gehe ich bei dieser Aufgabe vor?

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Idee, wenn auch kein Beweis:

Wie aus Kreisen durch den Koordinatenursprung Geraden werden:

Es wurde schon bewiesen, dass aus Kreisen wieder Kreise werden. Nun suchst du aber einen Kreis, bei dem ein Punkt nicht definiert ist. Das geht nur, wenn dieser unendlich weit weg ist. Dazu muss auch der Kreismittelpunkt unendlich weit weg sein und der Radius unendlich gross sein. Das alles gibt es so nicht. Es passt aber gut zu den Eigenschaften einer Geraden.

Beweisanfang:

Vielleicht Gleichung eines Kreises durch 0.

Davon konkret die Bildmenge ausrechnen.

Hallo mathemaggie, ich kann immerhin schon mal für Teilaufgabe (i) zeigen, dass alle Kreise, die ihren Mittelpunkt auf der reellen Achse haben und die durch den Ursprung gehen, auf Geraden abgebildet werden.  Siehe Bild für den einfachsten Fall.  z(t) ist ein Kreis, wenn t von 0 bis 2π geht.  z1(t) = 1 / z(t) ist die Gerade.

Bild Mathematik

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