Aufgabenbeispiele von in Körpern
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Raumdiagonale
Beispiel:
Ein Quader hat die Kantenlängen a = 3 mm, b = 8 mm und c = 9 mm.
Berechne die Länge der Raumdiagonale.
Die Bodendiagonale d1 ist die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten a = 3 mm und b = 8 mm, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:
d12 = a² +b² = (3 mm)2 + (8 mm)2 = 9 mm² + 64 mm² = 73 mm²
d1 = mm ≈ 8.544 mm
Die gesuchte Raumdiagonale ist d ist die Hypotenuse des rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten d1 und c, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:
d2 = d1² + c² = ( mm)2 + (9 mm)2 = 73 mm² + 81 mm² = 154 mm²
Da d12 = a2 +b2 gilt, kann man die Raumdiagonale auch schneller mit der Formel
d2 = a2 + b2 + c2 = 9 mm² + 64 mm² +
81 mm² = 154 mm²
berechnen.
d = mm ≈ 12.41 mm
Dreiecke im Quader
Beispiel:
Ein Quader hat die Kantenlängen a = 7 m, b = 6 m und c = 6 m.
Berechne den Umfang U und den Flächeninhalt A des abgebildeten (grünen) Dreiecks.
Die Deckendiagonale d1 ist die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten a= 7 m und b = 6 m, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:
d12 = a² + b² = (7 m)2 + (6 m)2 = 49 m² + 36 m² = 85 m²
d1 = m ≈ 9.22 m
Die Raumdiagonale ist d ist die Hypotenuse des rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten d1 und c, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:
d2 = d1² + c² = ( m)2 + (6 m)2 = 85 m² + 36 m² = 121 m²
d = m ≈ 11 m
Für den Umfang U gilt somit:
U = d1 + d + c ≈ 9.22 m +
11 m + 6 m ≈ 26.22 m
Für den Flächeninhalt A gilt dann wegen des rechten Winkels zwischen d1 und 6:
A = d1 ⋅c ≈ ⋅9.22 m⋅
6 m ≈ 27.66 m²
Kanten bei einer Pyramide nur vorwärts
Beispiel:
Eine gerade Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche mit den folgenden Längen: a = 7 cm, b = 7 cm, h = 7 cm.
Berechne hb und s.
Wir suchen nach rechtwinkligen Dreiecken in der Pyramide um den Satz des Pythagoras anwenden zu können:
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse hb, einer Kathete h und der anderen Kathete a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:
hb2 = h2 + (a)2
Da ja h und a gegeben sind, können wir einfach einsetzen:
hb2 = 72 + 3,5 2 = 49 + 12,25 = 61,25
Also gilt hb = cm ≈ 7,8 cm
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse s, einer Kathete hb und der anderen Kathete b (rechts nach hinten auf der Bodenfläche dargestellt). Also gilt:
s2 = hb2 + (b)2
Da ja hb und b gegeben sind, können wir einfach einsetzen:
s = 7,832 + 3,52 = 61,31 + 12,25 = 74
Also gilt s = cm ≈ 8,5 cm
Kanten bei einer Pyramide
Beispiel:
Eine gerade Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche mit den folgenden Längen: a = 9 mm, b = 5 mm, hb = 7.5 mm.
Berechne h und s.
Wir suchen nach rechtwinkligen Dreiecken in der Pyramide um den Satz des Pythagoras anwenden zu können:
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse hb, einer Kathete h und der anderen Kathete a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:
hb2 = h2 + (a)2
Weil wir h suchen, stellen wir nach h um:
hb2 - (a)2 = h2
h2 = 7,52 - 4,52 = 56,25 - 20,25 = 36
Also gilt h = mm ≈ 6 mm
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse s, einer Kathete hb und der anderen Kathete b (rechts nach hinten auf der Bodenfläche dargestellt). Also gilt:
s2 = hb2 + (b)2
Da ja hb und b gegeben sind, können wir einfach einsetzen:
s = 7,52 + 2,52 = 56,25 + 6,25 = 63
Also gilt s = mm ≈ 7,9 mm
Anwendungen Pythagoras
Beispiel:
Ein Kegel ist 50 cm hoch. Sein Grundkreis hat einen Durchmesser von 70 cm. Wie lang ist die Strecke von einem Punkt auf dem Grundkreis zur Spitze?
Es gilt:
352 + 502 =h2
1225 +2500 = h2
3725 = h2 |
61.03 ≈ h
Somit gilt für die gesuchte Hypotenuse:
h ≈ 61.03cm
Pyramide (Oberflächenberechnung)
Beispiel:
Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Größen:
Kantenlänge s = 8,57 m und Höhe der Seitenfläche ha = 7,83 m.
Berechne die Grundflächenlänge a und die Grundfläche G.
Bestimmung der Grundflächenlänge a
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse s, einer Kathete ha und der anderen Kathete a (rechts nach hinten auf der Bodenfläche dargestellt). Also gilt:
s2 = ha2 + (a)2
Weil wir a suchen, stellen wir nach a um:
(a)2 = s2 - ha2
(a)2 = 8,572 - 7,832 = 73,5 - 61,25 = 12,25
Also gilt a = m ≈ 3,5 m
Somit gilt: a ≈ 7 m
Bestimmung der Grundfläche G
Um die Grundfläche dieser Pyramide zu bestimmen, müssen wir einfach die Grundflächenlänge a zum Quadrat nehmen:
Die Grundflächelänge a ist ja mit a = 7 m bereits bekannt.
somit gilt: G = a² = (7 m)² = 49 m²
Pyramide (Volumenberechnung)
Beispiel:
Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Größen:
Grundfläche G = 49 cm² und Volumen V = 130,67 cm.
Berechne die Pyramidenhöhe h und die Höhe der Seitenfläche ha.
Bestimmung der Pyramidenhöhe h
Die Grundfläche G ist ja mit G = 49 cm² bereits bekannt.
Da sich ja das Volumen V = G ⋅ h zusammensetzt, können wir diese Formel nach h umstellen und erhalten
h = :
Das Volumen V ist ja mit V = 130,67 cm³ bereits bekannt.
somit gilt: h = = ≈ 8 cm
Bestimmung der Höhe der Seitenfläche ha
Um ha zu berechnen, müssen wir zuerst die Grundseitenlänge a berechnen:
Die Grundfläche G ist ja mit G = 49 cm² bereits bekannt.
Und da diese Grundfläche ja ein Quadrat mit Seitenlänge a ist, gilt: G = a² oder eben:
a = = cm = 7 cm
Die Pyramindenhöhe h ist ja mit h = 8 cm bereits bekannt.
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse ha, einer Kathete h und der anderen Kathete a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:
ha2 = h2 + (a)2
Da ja h und a gegeben sind, können wir einfach einsetzen:
ha2 = 82 + 3,5 2 = 64 + 12,25 = 76,25
Also gilt ha = cm ≈ 8,73 cm