Aufgabenbeispiele von in Körpern

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Raumdiagonale

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Ein Quader hat die Kantenlängen a = 5 cm, b = 9 cm und c = 4 cm.
Berechne die Länge der Raumdiagonale.

Lösung einblenden

Die Bodendiagonale d1 ist die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten a = 5 cm und b = 9 cm, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:

d12 = a² +b² = (5 cm)2 + (9 cm)2 = 25 cm² + 81 cm² = 106 cm²

d1 = 106 cm ≈ 10.296 cm

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 = ( 106 cm)2 + (4 cm)2 = 106 cm² + 16 cm² = 122 cm²

Da d12 = a2 +b2 gilt, kann man die Raumdiagonale auch schneller mit der Formel
d2 = a2 + b2 + c2 = 25 cm² + 81 cm² + 16 cm² = 122 cm²
berechnen.

d = 122 cm ≈ 11.045 cm

Dreiecke im Quader

Beispiel:

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Ein Quader hat die Kantenlängen a = 4 cm, b = 5 cm und c = 4 cm.
Berechne den Umfang U und den Flächeninhalt A des abgebildeten (grünen) Dreiecks.

Lösung einblenden

Die Seitenwanddiagonale d1 ist die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten b= 5 cm und c = 4 cm, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:

d12 = b² + c² = (5 cm)2 + (4 cm)2 = 25 cm² + 16 cm² = 41 cm²

d1 = 41 cm ≈ 6.403 cm

Die Raumdiagonale ist d ist die Hypotenuse des rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten d1 und a, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:

d2 = d1² + a² = ( 41 cm)2 + (4 cm)2 = 41 cm² + 16 cm² = 57 cm²

d = 57 cm ≈ 7.55 cm

Für den Umfang U gilt somit:
U = d1 + d + a ≈ 6.4 cm + 7.55 cm + 4 cm ≈ 17.95 cm

Für den Flächeninhalt A gilt dann wegen des rechten Winkels zwischen d1 und 4:
A = 1 2 d1 ⋅a ≈ 1 2 ⋅6.4 cm⋅ 4 cm ≈ 12.81 cm²

Kanten bei einer Pyramide nur vorwärts

Beispiel:

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Eine gerade Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche mit den folgenden Längen: a = 8 mm, b = 8 mm, h = 6 mm.
Berechne hb und s.

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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 1 2 a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:

hb2 = h2 + ( 1 2 a)2

Da ja h und a gegeben sind, können wir einfach einsetzen:

hb2 = 62 + 4 2 = 36 + 16 = 52

Also gilt hb = 52 mm ≈ 7,2 mm

Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse s, einer Kathete hb und der anderen Kathete 1 2 b (rechts nach hinten auf der Bodenfläche dargestellt). Also gilt:

s2 = hb2 + ( 1 2 b)2

Da ja hb und b gegeben sind, können wir einfach einsetzen:

s = 7,212 + 42 = 51,98 + 16 = 68

Also gilt s = 67.98 mm ≈ 8,2 mm

Kanten bei einer Pyramide

Beispiel:

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Eine gerade Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche mit den folgenden Längen: a = 5 cm, b = 5 cm, s = 6.1 cm.
Berechne h und hb.

Lösung einblenden

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 s, einer Kathete hb und der anderen Kathete 1 2 b (rechts nach hinten auf der Bodenfläche dargestellt). Also gilt:

s2 = hb2 + ( 1 2 b)2

Weil wir hb suchen, stellen wir nach hb um:

s2 - ( 1 2 b)2 = hb 2

hb2 = 6,12 - 2,52 = 37,21 - 6,25 = 30,96

Also gilt hb = 30.96 cm ≈ 5,6 cm

Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse hb, einer Kathete h und der anderen Kathete 1 2 a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:

hb2 = h2 + ( 1 2 a)2

Weil wir h suchen, stellen wir nach h um:

hb2 - ( 1 2 a)2 = h2

h2 = 5,562 - 2,52 = 30,96 - 6,25 = 24,71

Also gilt h = 24.71 cm ≈ 5 cm

Anwendungen Pythagoras

Beispiel:

Ein Kegel ist 25 cm hoch. Sein Grundkreis hat einen Durchmesser von 70 cm. Wie lang ist die Strecke von einem Punkt auf dem Grundkreis zur Spitze?

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Es gilt:

352 + 252 =h2

1225 +625 = h2

1850 = h2 |

43.01 ≈ h

Somit gilt für die gesuchte Hypotenuse:
h ≈ 43.01cm

Pyramide (Oberflächenberechnung)

Beispiel:

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Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Größen:
Oberfläche O = 105,97 cm² und Grundfläche G = 36 cm².
Berechne die Grundflächenlänge a und die Mantelfläche M.

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Bestimmung der Grundflächenlänge a

Die Grundfläche G ist ja mit G = 36 cm² bereits bekannt.

Und da diese Grundfläche ja ein Quadrat mit Seitenlänge a ist, gilt: G = a² oder eben:

a = G = 36 cm = 6 cm

Bestimmung der Mantelfläche M

Da sich ja die Oberfläche aus Grundfläche und Mantelfläche zusammensetzt, können wir die Mantelfläche dieser Pyramide einfach als Differenz M = O - G bestimmen:

somit gilt: M = O - G = 105,97 cm² - 36 cm² = 69,97 cm²

Pyramide (Volumenberechnung)

Beispiel:

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Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Größen:
Pyramidenhöhe h = 5 m und Volumen V = 135 m.
Berechne die Grundflächenlänge a und die Grundfläche G.

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Bestimmung der Grundflächenlänge a

Um a zu berechnen, müssen wir zuerst die Grundfläche G berechnen:

Da sich ja das Volumen V = 1 3 G ⋅ h zusammensetzt, können wir diese Formel nach G umstellen und erhalten
G = 3⋅V h :

Das Volumen V ist ja mit V = 135 m³ bereits bekannt.

somit gilt: G = 3⋅V h = 3⋅135 m³ 5 m ≈ 81 m²

Und da diese Grundfläche ja ein Quadrat mit Seitenlänge a ist, gilt: G = a² oder eben:

a = G = 81 m = 9 m

Bestimmung der Grundfläche G

Die Grundfläche G wurde ja bereits oben als G = 81 m² berechnet.