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Raumdiagonale

Beispiel:

Ein Quader hat die Kantenlängen a = 8 cm, b = 3 cm und c = 6 cm.
Berechne die Länge der Raumdiagonale.

Die Bodendiagonale d1 ist die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten a = 8 cm und b = 3 cm, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:

d1² = a² +b² = (8 cm)² + (3 cm)² = 64 cm² + 9 cm² = 73 cm²

d1 = $\sqrt{73}$ cm ≈ 8.544 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 = ( $\sqrt{73}$ cm)² + (6 cm)² = 73 cm² + 36 cm² = 109 cm²

Da d1² = a² +b² gilt, kann man die Raumdiagonale auch schneller mit der Formel
d² = a² + b² + c² = 64 cm² + 9 cm² + 36 cm² = 109 cm²
berechnen.

d = $\sqrt{109}$ cm ≈ 10.44 cm

Dreiecke im Quader

Beispiel:

Ein Quader hat die Kantenlängen a = 6 cm, b = 3 cm und c = 8 cm.
Berechne den Umfang U und den Flächeninhalt A des abgebildeten (grünen) Dreiecks.

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Die Deckendiagonale d1 ist die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten a= 6 cm und b = 3 cm, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:

d1² = a² + b² = (6 cm)² + (3 cm)² = 36 cm² + 9 cm² = 45 cm²

d1 = $\sqrt{45}$ cm ≈ 6.708 cm

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 = ( $\sqrt{45}$ cm)² + (8 cm)² = 45 cm² + 64 cm² = 109 cm²

d = $\sqrt{109}$ cm ≈ 10.44 cm

Für den Umfang U gilt somit:
U = d1 + d + c ≈ 6.71 cm + 10.44 cm + 8 cm ≈ 25.15 cm

Für den Flächeninhalt A gilt dann wegen des rechten Winkels zwischen d1 und 8:
A = $\frac{1}{2}$ d1 ⋅c ≈ $\frac{1}{2}$ ⋅6.71 cm⋅ 8 cm ≈ 26.83 cm²

Kanten bei einer Pyramide nur vorwärts

Beispiel:

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

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 h_b, einer Kathete h und der anderen Kathete $\frac{1}{2}$ a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:

h_b² = h² + ( $\frac{1}{2}$ a)²

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

h_b² = 8² + 3 ² = 64 + 9 = 73

Also gilt h_b = $\sqrt{73}$ m ≈ 8,5 m

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

s² = h_b² + ( $\frac{1}{2}$ b)²

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

s = 8,54² + 3² = 72,93 + 9 = 82

Also gilt s = $\sqrt{81.93}$ m ≈ 9 m

Kanten bei einer Pyramide

Beispiel:

Eine gerade Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche mit den folgenden Längen: a = 7 cm, h = 8 cm, s = 9.4 cm.
Berechne h_b und b.

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 h_b, einer Kathete h und der anderen Kathete $\frac{1}{2}$ a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:

h_b² = h² + ( $\frac{1}{2}$ a)²

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

h_b² = 8² + 3,5 ² = 64 + 12,25 = 76,25

Also gilt h_b = $\sqrt{76.25}$ cm ≈ 8,7 cm

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

s² = h_b² + ( $\frac{1}{2}$ b)²

Weil wir b suchen, stellen wir nach b um:

( $\frac{1}{2}$ b)² = s² - h_b²

( $\frac{1}{2}$ b)² = 9,4² - 8,73² = 88,36 - 76,21 = 12,15

Also gilt $\frac{1}{2}$ b = $\sqrt{12.15}$ cm ≈ 3,49 cm

Somit gilt: b ≈ 7 cm

Anwendungen Pythagoras

Beispiel:

Ein Haus hat eine Gesamthöhe von 10,5m. Die (fünfeckigen) Stirnseiten sind 8m breit. Die rechteckigen Seitenflächen sind 7m lang und vom Boden bis zur Dachkante 6m hoch. Berechne die Fläche des Hausdachs.

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Es gilt:

4.5² + 4² =h²

20.25 +16 = h²

36.25 = h² | $\sqrt[]{\cdot}$

6.02 ≈ h

Um die gesuchte Fläche zu berechnen, muss nun zunächst diese Hypotenuse mit 7m multipliziert werden.

Somit erhalten wir für eine Hälfte der gesuchten Fläche: A_H ≈ 42.15m²

Für die Gesamtfläche gilt dann:
A ≈ 84.29m²

Pyramide (Oberflächenberechnung)

Beispiel:

Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Größen:
Pyramidenhöhe h = 5 m und Grundfläche G = 25 m².
Berechne die Mantelfläche M und die Oberfläche O.

Lösung einblenden

Bestimmung der Mantelfläche M

Die Mantelfläche M besteht aus den 4 gleich großen Flächeninhalten der Seitenflächen dieser Pyramide. Diese soll nun berechnet werden:

Bevor wir den Flächeninhalt einer Seite berechnen können, müssen wir zuerst die Grundflächenlänge a berechnen:

Die Grundfläche G ist ja mit G = 25 m² bereits bekannt.

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

a = $\sqrt{G}$ = $\sqrt{25}$ m = 5 m

Wir berechnen die Seitenhöhe h_a:

Die Grundflächenlänge a ist ja mit a = 5 m bereits bekannt.

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

h_a² = h² + ( $\frac{1}{2}$ a)²

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

h_a² = 5² + 2,5 ² = 25 + 6,25 = 31,25

Also gilt h_a = $\sqrt{31.25}$ m ≈ 5,59 m

Den Flächeninhalt einer Seitenfläche können wir ja einfach mit der Formel A_S= $\frac{1}{2}$ a⋅h_a berechen:

A_S = $\frac{1}{2}$ ⋅5 m⋅5,59 m ≈ 13,98 m²

Für die Mantelfläche müssen wir nun diese 4 Flächeninhalte noch zusammenzählen:

M = 4⋅13,98 m² = 55,9 m²

Bestimmung der Oberfläche O

Um die Oberfläche dieser Pyramide zu bestimmen, müssen wir einfach den Mantel und die Grundfläche addieren:

Die Mantelfläche M ist ja mit M = 55,9 m² bereits bekannt.

Die Grundfläche G ist ja mit G = 25 m² bereits bekannt.

somit gilt: O = M + G = 55,9 m² + 25 m² = 80,9 m²

Pyramide (Volumenberechnung)

Beispiel:

Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Größen:
Grundfläche G = 81 cm² und Höhe der Seitenfläche ha = 8,32 cm.
Berechne die Grundflächenlänge a und das Volumen V.

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Bestimmung der Grundflächenlänge a

Die Grundfläche G ist ja mit G = 81 cm² bereits bekannt.

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

a = $\sqrt{G}$ = $\sqrt{81}$ cm = 9 cm

Bestimmung des Volumen V

Um das Volumen dieser Pyramide zu bestimmen, müssen wir die Volumenformel einer Pyramide anwenden: V = $\frac{1}{3}$ G ⋅ h

Die Grundfläche G ist ja mit G = 81 cm² bereits bekannt.

Die Höhe einer Seitenfläche ist ja mit h_a = 8,32 cm bereits bekannt.

Die Grundflächelänge a ist ja mit a = 9 cm bereits bekannt.

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

h_a² = h² + ( $\frac{1}{2}$ a)²

Weil wir h suchen, stellen wir nach h um:

h_a² - ( $\frac{1}{2}$ a)² = h²

h² = 8,32² - 4,5² = 69,25 - 20,25 = 49

Also gilt h = $\sqrt{49}$ cm ≈ 7 cm

somit gilt: V = $\frac{1}{3}$ G ⋅ h = $\frac{1}{3}$ ⋅81 cm² ⋅ 7 cm ≈ 189 cm³

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Raumdiagonale

Dreiecke im Quader

Kanten bei einer Pyramide nur vorwärts

Kanten bei einer Pyramide

Anwendungen Pythagoras

Pyramide (Oberflächenberechnung)

Bestimmung der Mantelfläche M

Bestimmung der Oberfläche O

Pyramide (Volumenberechnung)

Bestimmung der Grundflächenlänge a

Bestimmung des Volumen V