Mathebattle EduRandomtasks

Diagonalen im Quader

Beispiel:

Ein Quader hat die Kantenlängen a = 8 mm, b = 7 mm und c = 5 mm.
Berechne die Weite des Winkels α.

Auch wenn es bei der 3-dimensionalen Darstellung vielleicht im ersten Moment nicht so aussieht, ist dennoch die eingezeichnete Diagonale die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks.

Die Länge der Ankathete vom Winkel α ist c = 5 mm und die Länge der Gegenkathete a = 8 mm.

Mit dem Tangens können wir so also recht schnell die Weite des Winkels α berechnen:

tan(α) = $\frac{GK}{AK}$ = $\frac{8}{5}$

α = arctan( $\frac{8}{5}$ ) ≈ 58°

Diagonalen im Quader 2

Beispiel:

Berechne die Länge der orangen Diagonale d.
(Der gegebene Winkel ist 37°.)

Lösung einblenden

Auch wenn es bei der 3-dimensionalen Darstellung vielleicht im ersten Moment nicht so aussieht, ist dennoch die eingezeichnete Diagonale die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks.

Aus dem Schaubild lässt sich herauslesen, dass die Länge der Gegenkathete (vom gegebenen Winkel 37°) a = 6 m ist.

Somit lässt sich folgende Gleichung aufstellen:

sin(37°) = $\frac{6 m}{d}$ | ⋅ d :sin(37°)

d = $\frac{6 m}{sin(37°)}$ ≈ 9.97 m

Quader-Volumen rückwärts (schwer)

Beispiel:

Der abgebildete Quader mit b = 7 und α = 53° hat das Volumen 336.4 m³.
Berechne die Breite a (von links nach rechts) des Quaders.

Lösung einblenden

Das Volumen eines Quaders berechnet sich als V = a ⋅ b ⋅ c. Dummerweise ist aber nur eine der Kantenlängen bekannt und zwei unbekannt. Dafür kennen wir aber den Winkel in dem rechtwinkligen Dreieck, in dem die beiden fehlenen Kantenlängen die Katheten sind.

Dadurch können wir diese beiden fehlenden Kantenlängen a und c in Abhängigkeit von der gleichen Diagonalenlänge d bestimmen:

sin(53°) = $\frac{a}{d}$ ; also gilt a = d ⋅ sin(53°) ≈ 0,7986 d

cos(53°) = $\frac{c}{d}$ ; also gilt c = d ⋅ cos(53°) ≈ 0,6018 d

Somit gilt für das Volumen V des Quaders:

V = 7 ⋅ 0,7986 d ⋅ 0,602 d = 336.4

3.364 d² = 336.4 | :3.364

d² ≈ 100

d ≈ 10

Um nun die gesuchte Kantenlänge a zu erhalten, nutzen wir wieder die Gleichung von oben:

sin(53°) = $\frac{a}{d}$ ;
also gilt
a = d ⋅ sin(53°) ≈ 10 ⋅ 0,7986 ≈ 8

Die gesuchte Breite a (von links nach rechts) ist somit a ≈ 7.99 m

Winkel in Pyramiden

Beispiel:

Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Längen: a = 7 m und s = 7.7 m.
Berechne die Größe des Winkels α.

Lösung einblenden

Wir sehen, dass der gesuchte Winkel α in einem rechtwinkligen Dreieck liegt, so dass wir den Sinus, Kosinus oder Tangens anwenden zu können:

Die Länge der (gestrichelt dargestellten) Ankathete auf der Bodenfläche zwischen dem Fußpunkt von h und dem von s müssen wir aber erst noch berechnen. Dabei erkennen wir an der Skizze, dass diese Strecke die Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks auf der Bodenfläche ist, dessen beide Katheten gerade jeweils $\frac{1}{2}$ a ist. Dadurch gilt für die gestrichelte Ankathete d :

d² = ( $\frac{1}{2}$ a)² + ( $\frac{1}{2}$ a)²
= 3.5² + 3.5²
= 12.25 + 12.25
= 24.5
also d = $\sqrt{24.5}$ ≈ 4.95

In dem Dreieck mit dem Winkel α gilt:

cos(α) = $\frac{AK}{Hyp}$ = $\frac{d}{s}$ = $\frac{4.95}{7.7}$ ≈ 0.64

Somit gilt: α ≈ 50°

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Diagonalen im Quader

Diagonalen im Quader 2

Quader-Volumen rückwärts (schwer)

Winkel in Pyramiden