Aufgabenbeispiele von Prismen

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Würfel V+O rückwärts

Beispiel:

Ein Würfel hat das Volumen V = 64 mm³. Berechne die Kantenlänge.

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Das Volumen des Quaders berechnet man durch Multiplizieren der Seitenlängen: V = a ⋅ b ⋅ c
Bei einem Würfel sind ja alle Kantenlängen gleich, also gilt hier
V = a ⋅ a ⋅ a = a3

Es gilt somit:

64 mm³ = ⬜3

Mit gezieltem Probieren findet man, dass dies mit a = 4 mm funktioniert.

Volumen eines Prisma

Beispiel:

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Berechne das Volumen V des dargestellten, senkrechten Prismas.

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Das Volumen eines senkrechten Prismas berechnet man mit V = G ⋅ h,
also die Fläche der Grundseite multipliziert mit der Höhe des Prismas, wobei die Höhe hier die 5 cm nach schräg hinten ist.
Die Fläche der Grundseite berechnet man mit:
A = 1 2 ⋅ Grundseite ⋅ Höhe (wofür beim rechtwinkligen Dreieck die Katheten benutzt werden können)
also hier:

A = 1 2 ⋅ 10 cm ⋅ 7 cm = 35 cm²

Das wird dann mit der Höhe multipliziert: V = 35 cm² ⋅ 5 cm = 175 cm³

Volumen eines Prisma 2

Beispiel:

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Ein Prisma hat die abgebildete Figur als Grundfläche und
die Höhe h = 50 cm. Berechne das Volumen des Prismas.

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Wir berechnen natürlich zuerst den Flächeninhalt der abgebildeten Grundfläche und nutzen hierfür die Flächeninhaltsformel des Dreiecks:

G = 1 2 c ⋅ hc

Dazu müssen wir zuerst noch die Höhe hc mit dem Satz des Pythagoras (im rechtwinkligen halben Dreieck) berechnen:

hc2 + ( 6 2 )2 = 62 |-( 6 2 )2

hc2 = 62 - ( 6 2 )2 = 62 - 32 = 36 - 9= 27

Daraus ergibt sich:

hc = 27 ≈ 5.196

Und daraus ergibt sich wiederum für die Grundfläche G:

G = 1 2 c ⋅ hc = 1 2 ⋅ 6 ⋅ 5.196 ≈ 15.6

Man hätte den Flächeninhalt des gleichseitigen Dreiecks auch mit dessen Flächenformel berechnen können:
G = 3 4 a2 = 3 4 36 ≈ 15.6

Um nun das gesuchte Volumen des Prismas zu berechnen, müssen wir nur noch die Grundfläche G mit der Höhe h=50 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 15.6 cm² ⋅ 50 cm ≈ 779.4 cm³

Prismavolumen rückwärts (Skizze Grundfläche)

Beispiel:

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Ein Prisma hat das Volumen V = 7482.5 cm³, die Höhe h = 80 cm und als Grundfläche das abgebildete regelmäßige Sechseck.
Berechne die rote Strecke x.

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Da ja für das Volumen eines Prismas V = G ⋅ h gilt, können wir umgekehrt sofort die Grundfläche berechnen als :
G = V h 7482.5 80 ≈ 93.53

Die Grundfläche dieses regelmäßigen Sechseck besteht aus 6 kleinen gleichseitigen Dreiecken. Deswegen muss der Flächeninhalt eines dieser 6 kleinen gleichseitigen Dreiecke eben gerade A = 1 6 G ≈ 93.53 6 ≈ 15.59 sein

Jetzt müssen wir uns eine Formel für das gleichseitige Dreieck mit Basisseitenlänge x herleiten (oder in der Formelsammlung suchen ;-):

Nach dem Satz des Pythagoras gilt:

hc2 + ( x 2 )2 = x2 |-( x 2 )2

hc2 = x2 - ( x 2 )2 = x2 - 1 4 x2 = 3 4 x2

Daraus ergibt sich:

hc = 3 2 x

Und daraus ergibt sich wiederum für die Grundfläche ADreieck:

ADreieck = 1 2 x ⋅ hc = 1 2 ⋅ x ⋅ 3 2 x ≈ 3 4 x2

Hier können wir jetzt die bereits ermittelte Grundfläche ADreieck = 15.59 einsetzen:

15.59 ≈ 3 4 x2 | ⋅4: 3

36 ≈ x2

x ≈ 36 ≈ 6

Für x = 6 cm ist somit die Grundfläche ADreieck ≈ 15.6 cm² und das Volumen des Prismas V ≈ 7482.5 cm³