Aufgabenbeispiele von Prismen

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Würfel V+O rückwärts

Beispiel:

Ein Würfel hat die Oberfläche O = 150 m². Berechne die Kantenlänge.

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Ein Würfel hat ja sechs gleich große Seitenflächen. Jede davon ist ein Quadrat mit der Kantenlänge a.
Also gilt für die Oberfläche eines Würfel mit Kantenlänge a:
O = 6 ⋅ a ⋅ a = 6a2

Es gilt somit:

150 m² = 6 ⋅ ⬜2

Wenn 6 ⬜2 das Gleiche wie 150 ist, dann muss doch ein ⬜2 ein Sechstel von 150, also 25 ergeben.

25 m² = ⬜2

Mit gezieltem Probieren findet man, dass dies mit a = 5 m funktioniert.

Volumen eines Prisma

Beispiel:

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Berechne das Volumen 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 6 cm nach oben ist.
Die Fläche der Grundseite berechnet man mit:
A = 1 2 ⋅ Grundseite ⋅ Höhe
also hier:

A = 1 2 ⋅ 12 cm ⋅ 6 cm = 36 cm²

Das wird dann mit der Höhe multipliziert: V = 36 cm² ⋅ 6 cm = 216 cm³

Volumen eines Prisma 2

Beispiel:

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Ein Prisma hat die abgebildete Figur als Grundfläche und
die Höhe h = 40 m. Berechne das Volumen des Prismas.

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Die Grundfläche dieses regelmäßigen Sechseck besteht aus 6 kleinen gleichseitigen Dreiecken. Deswegen berechnen wir zuerst den Flächeninhalt eines dieser 6 kleinen gleichseitigen Dreiecke und nutzen hierfür die Flächeninhaltsformel des Dreiecks:

ADreieck = 1 2 c ⋅ hc

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

hc2 + ( 9 2 )2 = 92 |-( 9 2 )2

hc2 = 92 - ( 9 2 )2 = 92 - 4.52 = 81 - 20.25= 60.75

Daraus ergibt sich:

hc = 60,75 ≈ 7.794

Und daraus ergibt sich wiederum für die Grundfläche ADreieck:

ADreieck = 1 2 c ⋅ hc = 1 2 ⋅ 9 ⋅ 7.794 ≈ 35.1

Man hätte den Flächeninhalt des gleichseitigen Dreiecks auch mit dessen Flächenformel berechnen können:
ADreieck = 3 4 a2 = 3 4 81 ≈ 35.1

Damit haben wir den Flächeninhalt eines der 6 gleichseitiogen Dreiecke. Um nun auf die gesamte Grundfläche des Prismas, also auf das regelmäßige Sechseck zu kommen, müssen wir lediglich diese Dreiecksfläche ADreieck mal 6 nehmen:

G = 6 ⋅ ADreieck ≈ 6 ⋅ 35.1 ≈ 210.4

Um nun das gesuchte Volumen des Prismas zu berechnen, müssen wir nur noch die Grundfläche G mit der Höhe h=40 m multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 210.4 m² ⋅ 40 m ≈ 8417.8 m³

Prismavolumen rückwärts (Skizze Grundfläche)

Beispiel:

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Ein Prisma hat das Volumen V = 112.5 cm³, die Höhe h = 50 cm und als Grundfläche das abgebildete rechtwinklige gleichschenklige Dreieck.
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 112.5 50 ≈ 2.25

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

Nach dem Satz des Pythagoras gilt:

s2 + s2 = x2

also 2s2 = x2 oder eben s2 = 1 2 x2

Für den Flächeninhalt des rechtwinklig und gleichschenkligen Dreiecks gilt wegen des rechten Winkels oben in C aber:
A = 1 2 s ⋅ s = 1 2 s2

mit s2 = 1 2 x2 gilt somit;

A = 1 2 1 2 x2 = 1 4 x2

Hier können wir jetzt die bereits ermittelte Grundfläche G = 2.25 einsetzen:

2.25 ≈ 1 4 x2 | ⋅4

9 ≈ x2

x ≈ 9 ≈ 3

Für x = 3 cm ist somit die Grundfläche G ≈ 2.3 cm² und das Volumen des Prismas V ≈ 112.5 cm³