Pythagoras & Co - Mathpoint.ch
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math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 1<br />
<strong>Pythagoras</strong> & <strong>Co</strong><br />
5.1. Einleitung<br />
<strong>Pythagoras</strong> von Samos wurde um 570 v. Chr. geboren. Der na<strong>ch</strong> ihm benannte Satz<br />
war bereits früher bekannt. <strong>Pythagoras</strong> zeigte, dass es unendli<strong>ch</strong> viele re<strong>ch</strong>twinklige<br />
Dreiecke mit ganzzahligen Seitenlängen gibt ("pythagoräis<strong>ch</strong>e Dreiecke").<br />
Hier sind die Formeln von Diophantes von Alexandria (um 250 n.Chr.) mit Hilfe<br />
derer man unendli<strong>ch</strong> viele sol<strong>ch</strong>e Dreiecke erzeugen kann:<br />
a = 2xy b = x 2 - y 2 c = x 2 + y 2 .<br />
Für x und y wähle man zwei teilerfremde natürli<strong>ch</strong>e Zahlen, x > y.<br />
Mit diesen Formeln lassen si<strong>ch</strong> sogar alle pythagoräis<strong>ch</strong>en Zahlentripel erzeugen,<br />
indem man gefundene Tripel allenfalls no<strong>ch</strong> erweitert oder kürzt.<br />
Beispiel: x = 4, y = 3 ï a = 24, b = 7, c = 25. Es ist tatsä<strong>ch</strong>li<strong>ch</strong> 24 2 + 7 2 = 25 2 .<br />
Das Dreieck mit den Seitenlängen 24, 7 und 25 ist ein re<strong>ch</strong>twinkliges Dreieck.<br />
Das bekannteste "pythagoräis<strong>ch</strong>e Dreieck" ist das Dreieck mit den Seitenverhältnissen<br />
3 : 4 : 5 (Bild oben links). Eine S<strong>ch</strong>nur, die dur<strong>ch</strong> Knoten in 12 glei<strong>ch</strong>lange Abs<strong>ch</strong>nitte<br />
geteilt wird, kann so in der Feldmessung zur Erzeugung eines re<strong>ch</strong>ten Winkels dienen<br />
(siehe Bild oben links).<br />
Ein weiteres bekanntes pythagoräis<strong>ch</strong>es Dreieck ist dasjenige mit den<br />
Seitenverhältnissen 5 : 12 : 13.<br />
Printed by Mathematica for Students
Das bekannteste "pythagoräis<strong>ch</strong>e Dreieck" ist das Dreieck mit den Seitenverhältnissen<br />
3 : 4 : 5 (Bild oben links). Eine S<strong>ch</strong>nur, die dur<strong>ch</strong> Knoten in 12 glei<strong>ch</strong>lange Abs<strong>ch</strong>nitte<br />
geteilt wird, kann so in der Feldmessung zur Erzeugung eines re<strong>ch</strong>ten Winkels dienen<br />
(siehe Bild oben links).<br />
Ein weiteres bekanntes pythagoräis<strong>ch</strong>es Dreieck ist dasjenige mit den<br />
Seitenverhältnissen 5 : 12 : 13.<br />
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 2<br />
Hier sind einige teilerfremde pythagoräis<strong>ch</strong>e Zahlentripel:<br />
3 5 8 7 20 12 9 28 11 16 33<br />
4 12 15 24 21 35 40 45 60 63 56<br />
5 13 17 25 29 37 41 53 61 65 65<br />
5.2. Herleitungen für Höhensatz, Kathetensätze und Satz von <strong>Pythagoras</strong><br />
5.2.1. Ein bildli<strong>ch</strong>er Beweis für den Satz von <strong>Pythagoras</strong><br />
Gegeben ist das weisse re<strong>ch</strong>twinklige Dreieck, in wel<strong>ch</strong>em wir no<strong>ch</strong> die Höhe hc<br />
einzei<strong>ch</strong>nen. Die dadur<strong>ch</strong> entstehenden drei Teildreiecke sind winkelglei<strong>ch</strong> und<br />
somit ähnli<strong>ch</strong> zueinander. Wir klappen sie na<strong>ch</strong> aussen wie es das Bild zeigt. Ihre<br />
Flä<strong>ch</strong>e ist ein bestimmter Bru<strong>ch</strong>teil, sagen wir 1<br />
ÅÅÅÅ k , der zugehörigen Quadratflä<strong>ch</strong>e.<br />
Wir haben<br />
A1 + A2 = A3 | • k ï<br />
k•A1 + k•A2 = k•A3<br />
a<br />
ï<br />
2 + b2 = c2 Printed by Mathematica for Students
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 3<br />
5.2.2. Zusammenfassung der Sätze am re<strong>ch</strong>twinkligen Dreieck<br />
Aufgabe<br />
Wenn man im re<strong>ch</strong>twinkligen Dreieck die Höhe h einzei<strong>ch</strong>net, entstehen drei<br />
zueinander ähnli<strong>ch</strong>e Dreiecke.<br />
Erstellen Sie mögli<strong>ch</strong>st viele Ähnli<strong>ch</strong>keitsbeziehungen und wandeln Sie diese in<br />
Produktsätze um ("Innenprodukt = Aussenprodukt").<br />
Höhensatz: q • p = h 2<br />
Kathetensätze: p • c = a2 q • c = b2 ------------------c(p<br />
+ q) = a2 + b2 Satz von <strong>Pythagoras</strong>: c2 = a2 + b2 Flä<strong>ch</strong>ensatz: 2A = a • b = c • h<br />
a • b a•b<br />
ï h = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
c è!!!!!!!!!!!!<br />
Printed by Mathematica for Students<br />
a 2 +b 2
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 4<br />
5.3. Glei<strong>ch</strong>seitiges Dreieck, halbes glei<strong>ch</strong>seitiges Dreieck, Quadrat,<br />
45°-45°-90°-Dreieck<br />
Lernen Sie die Beziehungen am glei<strong>ch</strong>seitigen Dreieck und am<br />
glei<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>enklig-re<strong>ch</strong>twinkligen Dreieck auswendig:<br />
Aufgabe<br />
Zei<strong>ch</strong>nen Sie Ketten aneinanderhängender 30°-60°-90°- und 45°-45°-90°- Dreiecke.<br />
Bezei<strong>ch</strong>nen Sie eine Seite mit a und drücken Sie alle übrigen Seiten dur<strong>ch</strong> a aus.<br />
Erfinden Sie mehrere sol<strong>ch</strong>e Aufgaben. Taus<strong>ch</strong>en Sie diese untereinander aus.<br />
Beispiel:<br />
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math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 5<br />
5.4. Umgehen mit Wurzeln ("exakte Lösungen")<br />
Aufgabe<br />
Wählen Sie vers<strong>ch</strong>iedene re<strong>ch</strong>twinklige Dreiecke, von denen Sie zwei Seitenlängen<br />
mit einem Parameter a kennen. Bere<strong>ch</strong>nen Sie die dritte Seite exakt.<br />
Beispiel:<br />
a/2<br />
4a<br />
c = "########################<br />
16 a2 + H a<br />
ÅÅÅÅ L 2 2 = "######################<br />
16 a2 + a2<br />
ÅÅÅÅÅÅ = 4 "################# 64 a2 + a2 ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅ = 4 "########## 65 a2<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
5.5. Räumli<strong>ch</strong>er <strong>Pythagoras</strong><br />
4 =<br />
è!!!!!!<br />
a 65<br />
2<br />
ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ<br />
Aufgaben<br />
a) Bere<strong>ch</strong>nen Sie die Körperdiagonale eines Zimmers mit den Massen a, b und c.<br />
Das Resultat wird räumli<strong>ch</strong>er <strong>Pythagoras</strong> genannt.<br />
b) Bere<strong>ch</strong>nen Sie die Länge der Körperdiagonale eines Würfels mit Kantenlänge a.<br />
5.6. Einfa<strong>ch</strong>ere Einführungsaufgaben zu den Sätzen im re<strong>ch</strong>twinkligen<br />
Dreieck<br />
5.6.1. Dreiecke: Fehlende Stücke bere<strong>ch</strong>nen<br />
1. Re<strong>ch</strong>twinkliges Dreieck:<br />
a b c h q p A<br />
a) 7 24<br />
b)<br />
c)<br />
è!!!<br />
5<br />
25<br />
ÅÅÅÅÅÅ 13<br />
144<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ 13<br />
4<br />
d) 2 8.5<br />
2. Glei<strong>ch</strong>seitiges Dreieck<br />
a h A<br />
a)<br />
b)<br />
c)<br />
6<br />
è!!!<br />
5<br />
15 è!!!<br />
3<br />
Printed by Mathematica for Students
)<br />
c)<br />
è!!!<br />
5<br />
ÅÅÅÅÅÅ 13 ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ 13<br />
4<br />
d) 2 8.5<br />
2. Glei<strong>ch</strong>seitiges Dreieck<br />
a h A<br />
a)<br />
b)<br />
c)<br />
6<br />
è!!!<br />
5<br />
15 è!!!<br />
3<br />
3. Glei<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>enkliges Dreieck mit Spitze C, Basis c, S<strong>ch</strong>enkel a = b<br />
a c ha hc A<br />
a) 5 5<br />
è!!!!!<br />
b) 29 5<br />
5.6.2. Diagonalen bere<strong>ch</strong>nen (Lösungswege im Anhang)<br />
4. Bere<strong>ch</strong>nen Sie die Länge der Diagonalen in<br />
a) einem Quadrat mit a = 5 b) einem Re<strong>ch</strong>teck mit a = 8, b = 6<br />
c) einem Rhombus mit a = 15 und e : f = 3 : 4<br />
d) einem glei<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>enkligen Trapez mit a = 28, b = d = 17, c = 12<br />
e) einem Parallelogramm mit a = 28, b = 15, ha = 9.<br />
5.6.3. Weitere Einführungsaufgaben (Lösungswege im Anhang)<br />
25<br />
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 6<br />
5a) Ein glei<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>enklig-re<strong>ch</strong>twinkliges Dreieck hat Umfang 30. Wie lang sind die<br />
Seiten?<br />
b) In einem glei<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>enkligen Dreieck sei die Basis halb so lang wie ein S<strong>ch</strong>enkel.<br />
Der Flä<strong>ch</strong>eninhalt beträgt è!!!!!<br />
15 . Wie gross ist der Umfang?<br />
c) Die Diagonalen in einem Rhombus messen 10 und 24. Gesu<strong>ch</strong>t sind Seitenlänge<br />
und Inkreisradius.<br />
d) Ein Re<strong>ch</strong>teck hat Umfang 34. Der Umkreisradius beträgt 6.5. Wie lang sind die<br />
Seiten?<br />
e) In einen Tri<strong>ch</strong>ter mit Öffnungswinkel 60° fällt ein Ball mit 10 cm Dur<strong>ch</strong>messer.<br />
Wie weit sind Tri<strong>ch</strong>terspitze und Ballmittelpunkt voneinander entfernt?<br />
f) Von einer quadratis<strong>ch</strong>en Platte mit Seitenlänge a werden vier Dreiecke so abgesägt,<br />
dass ein regelmässiges A<strong>ch</strong>teck entsteht. Bere<strong>ch</strong>nen Sie die Seitenlänge x des<br />
A<strong>ch</strong>tecks und seinen Flä<strong>ch</strong>eninhalt (in der Form A = k•a 2 , k auf 3 Dez.).<br />
144<br />
Printed by Mathematica for Students
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 7<br />
g) Geg: Quadrat mit Seitenlänge a. Es wird ein glei<strong>ch</strong>seitiges Dreieck einbes<strong>ch</strong>rieben,<br />
dessen eine Ecke mit einer Quadratecke zusammenfällt. x = ?<br />
Lösungen<br />
1. Re<strong>ch</strong>twinkliges Dreieck:<br />
a b c h q p A<br />
a) 7 24 25 6.72 23.04 1.96 84<br />
b)<br />
c)<br />
12<br />
è!!!!!<br />
20<br />
5 13<br />
60<br />
ÅÅÅÅÅÅ 13<br />
25<br />
ÅÅÅÅÅÅ 13<br />
144<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ 13 30<br />
è!!!<br />
d)<br />
è!!!!!!<br />
17<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
5<br />
2<br />
5 2 1 4 5<br />
è!!!!!<br />
17 8.5 2 8 0.5 8.5<br />
2<br />
2. Glei<strong>ch</strong>seitiges Dreieck<br />
a)<br />
a<br />
6<br />
h<br />
3<br />
A<br />
è!!!<br />
3 9 è!!!<br />
b)<br />
2<br />
3<br />
è!!!<br />
c)<br />
5<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!!<br />
3<br />
2<br />
è!!!<br />
5<br />
5<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!!<br />
3<br />
è!!!!!<br />
15 3 è!!!<br />
5 15 è!!!<br />
3<br />
3. Glei<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>enkliges Dreieck mit Spitze C, Basis c, S<strong>ch</strong>enkel a = b<br />
a)<br />
b)<br />
a c ha hc A<br />
5 è!!!<br />
5<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ 5 2 2 è!!!<br />
5 5 12.5<br />
è!!!!!<br />
20<br />
29 4 ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ 5 10<br />
è!!!!!!<br />
29<br />
4. Diagonalen:<br />
a) 5 è!!!<br />
2 b) 10 c) 24; 18 d) 25 e) è!!!!!!!!<br />
337 ; 41<br />
5. Weitere Aufgaben:<br />
a)<br />
30<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
2 + è!!!<br />
è!!!<br />
30 2<br />
;<br />
2 2 + è!!!<br />
2<br />
a<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
1 + è!!!<br />
e) 10 f)<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ b) 10 c) 13; 60<br />
ÅÅÅÅÅÅ 13<br />
2 ; 2a2 ( è!!!<br />
2 - 1)<br />
d) 5; 12<br />
g) è!!!!!!!!!!!!!!!!<br />
x2 - a2 + x<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! = a ï x<br />
2 2 - a2 = Ia - x<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! M<br />
2 2 = a2 2 ax<br />
- ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! +<br />
2 x2<br />
ÅÅÅÅÅÅ ï 2<br />
x2 + 2a è!!!<br />
2 x - 4a2 è!!!<br />
-2 a 2 ±<br />
= 0 ï x = è!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!<br />
8 a2 + 16 a2 ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅ = a( 2 è!!!<br />
6 - è!!!<br />
Printed by Mathematica for Students<br />
2 ) ≈ 1.035a.
a) 5 2 b) 10 c) 24; 18 d) 25 e) 337 ; 41<br />
5. Weitere Aufgaben:<br />
30<br />
a) ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
2 + è!!!<br />
è!!!<br />
30 2<br />
; ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
2 2 + è!!! b) 10 c) 13;<br />
2<br />
60<br />
ÅÅÅÅÅÅ 13<br />
a<br />
e) 10 f) ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
1 +<br />
d) 5; 12<br />
è!!!<br />
2 ; 2a2 ( è!!!<br />
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 8<br />
2 - 1)<br />
g) è!!!!!!!!!!!!!!!!<br />
x2 - a2 + x<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! = a ï x<br />
2 2 - a2 = Ia - x<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! M<br />
2 2 = a2 2 ax<br />
- ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! +<br />
2 x2<br />
ÅÅÅÅÅÅ 2 ï<br />
x2 + 2a è!!!<br />
2 x - 4a2 è!!!<br />
-2 a 2 ±<br />
= 0 ï x = è!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!<br />
8 a2 + 16 a2 ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅ = a( 2 è!!!<br />
6 - è!!!<br />
2 ) ≈ 1.035a.<br />
Lösungsweg zu f):<br />
x<br />
x<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! + x + ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! = a ï x (1 +<br />
2 2 2<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! ) = a ï x (1 +<br />
2 è!!!<br />
a<br />
2 ) = a ï x = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
1 + è!!!<br />
2<br />
A = a2 - 2• x<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! •<br />
2 x<br />
è!!!<br />
= a2 è!!!<br />
3 + 2 2 - 1<br />
( ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
3 + 2 è!!!<br />
2<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ = a<br />
2 2 - x2 = a2 - ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅ<br />
) = a2 ( ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
5.7. Weitere Aufgaben<br />
a 2<br />
I1 + è!!!<br />
è!!!<br />
2 + 2 2<br />
3 + 2 è!!!<br />
2 ) ≈ 0.828 a2 .<br />
2 M 2 = a 2 -<br />
a2 ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
3 + 2 è!!!<br />
2 = a2 1<br />
(1 - ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
3 + 2 è!!!<br />
2 )<br />
1. Eine Kugel mit Radius 25 mm fällt in ein Lo<strong>ch</strong> mit 48 mm Dur<strong>ch</strong>messer. Um<br />
wieviele mm sackt der Mittelpunkt der Kugel ein? (Resultat auf Zehntelsmillimeter.)<br />
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math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 9<br />
2. Drücken Sie x dur<strong>ch</strong> a aus:<br />
°<br />
3a<br />
a<br />
x<br />
2a<br />
3. Eine 2.5 m lange Leiter lehnt an einer Wand. der Leiterfuss ist 70 cm von der Wand<br />
entfernt. Wie ho<strong>ch</strong> hinauf rei<strong>ch</strong>t die Leiter?<br />
4. Ein 2 m langer Halm wird so geknickt, dass seine Spitze den Boden ererei<strong>ch</strong>t und<br />
zwar a cm vom Fusspunkt entfernt. Auf wel<strong>ch</strong>er Höhe befindet si<strong>ch</strong> die Knickstelle?<br />
a) a = 0.4 m. b) a = a.<br />
5. In einem re<strong>ch</strong>twinkligen Dreieck ist eine Kathete dreimal so lang wie die andere.<br />
Die Hypotenuse misst 20 cm. Wie lang ist die kürzere Kathete?<br />
6. Die ganze Palette von Bere<strong>ch</strong>nungsaufgaben am re<strong>ch</strong>twinkligen Dreieck:<br />
Folgende 7 Stücke können gegeben oder gesu<strong>ch</strong>t sein (der re<strong>ch</strong>te Winkel ist stets<br />
gegeben):<br />
a b c h q p A.<br />
Kennt man (neben dem re<strong>ch</strong>ten Winkel) zwei dieser Stücke, lassen si<strong>ch</strong> die übrigen<br />
bere<strong>ch</strong>nen. Auf wieviele Arten kann man aus 7 Elementen 2 auswählen? Antwort:<br />
Auf J 7<br />
N = 21 Arten. Somit sind theoretis<strong>ch</strong> 21 vers<strong>ch</strong>iedene Bere<strong>ch</strong>nungsaufgaben<br />
2<br />
mögli<strong>ch</strong>.<br />
Wählen Sie ein re<strong>ch</strong>twinkliges Dreieck mit ganzzahligen Seitenlängen (s. z.B. Tabelle<br />
ganz am Anfang). Bere<strong>ch</strong>nen Sie alle 7 Stücke. Dies ist Ihr "Lösungsblatt".<br />
Formulieren Sie nun mit diesen Zahlen mögli<strong>ch</strong>st viele vers<strong>ch</strong>iedene<br />
Bere<strong>ch</strong>nungsaufgaben. Geben Sie die fertigen Aufgaben mit Ihrem Namen versehen<br />
ab. Lösen Sie Ihre Aufgaben au<strong>ch</strong> selber wieder auf. - Einige werden sehr einfa<strong>ch</strong>,<br />
andere eher s<strong>ch</strong>wierig sein. Taxieren Sie Ihre Aufgaben mit "einfa<strong>ch</strong>", "mittel",<br />
"s<strong>ch</strong>wierig".<br />
Printed by Mathematica for Students
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 10<br />
Lösungen<br />
1. 18 mm 2. a è!!!!!<br />
17 3. 240 cm 4. x =<br />
5. è!!!!!<br />
40 = 2 è!!!!!<br />
10<br />
4 - a<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
6. S<strong>ch</strong>wierig ist z.B.: c = 5 cm, h = 2.4 cm. Gesu<strong>ch</strong>t: a und b.<br />
(1): a • b = c • h = 12<br />
(2): a 2 + b 2 = 25<br />
Es folgt: a 2 + 2ab + b 2 = 49 ï (3): a + b = 7 und<br />
a 2 - 2ab + b 2 = 1 ï (4): a - b = 1<br />
ï 2a = 8, a = 4, b = 3.<br />
5.8. è!!!<br />
2 - und è!!!<br />
3 -Aufgaben<br />
(in Metern) = 1 - 4 a<br />
ÅÅÅÅ 4<br />
1. Gegeben ist ein glei<strong>ch</strong>seitiges Dreieck mit Seitenlänge a. Wir gross ist der<br />
Inkreisradius?<br />
2. Gegeben ist der Umfang u eines 30°-60°-90°-Dreiecks. Wie lang sind die Seiten?<br />
3. Einem Kreisbogen vom Radius r ist ein Hüt<strong>ch</strong>en mit Öffnungswinkel 120°<br />
aufgesetzt. Gesu<strong>ch</strong>t ist die Höhe des Hüt<strong>ch</strong>ens (von der Sehne bis zur Spitze).<br />
4. Trapez mit Seiten a, b, c, d. a = Grundseite, c = Deckseite.<br />
Gegeben: c = 3•d, a = 45°, b = 150°. Gesu<strong>ch</strong>t: a ausgedrückt dur<strong>ch</strong> d.<br />
5. Einem 60°-Sektor mit Radius r ist der grösstmögli<strong>ch</strong>e Halbkreis so<br />
einbes<strong>ch</strong>rieben, dass der Dur<strong>ch</strong>messer auf einem S<strong>ch</strong>enkel liegt und der Kreisbogen<br />
den andern S<strong>ch</strong>enkel berührt. Bere<strong>ch</strong>nen Sie den Halbkreisradius aus r.<br />
Printed by Mathematica for Students
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 11<br />
6.<br />
30°<br />
a<br />
45°<br />
Bere<strong>ch</strong>nen Sie den Inhalt des punktierten Dreiecks aus a.<br />
7*. Drücken Sie a dur<strong>ch</strong> den Radius r aus (r = Radius des Kreises).<br />
r<br />
a<br />
8. Drücken Sie den Radius x des einbes<strong>ch</strong>riebenen Kreises dur<strong>ch</strong> a aus:<br />
a<br />
a<br />
9. Drücken Sie den Flä<strong>ch</strong>eninhalt des gerasterten Quadrates dur<strong>ch</strong> a und b aus:<br />
b<br />
a<br />
10*. Einem Kreissektor mit Zentriwinkel 30° und Radius r ist ein Quadrat<br />
einbes<strong>ch</strong>rieben, so dass eine Seite auf einem Sektors<strong>ch</strong>enkel liegt.<br />
Bere<strong>ch</strong>nen Sie die Seitenlänge x des Quadrates aus r.<br />
Lösungen:<br />
1.<br />
è!!!<br />
a 3<br />
6<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
3. h =<br />
r<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ =<br />
2. x =<br />
r è!!!<br />
3<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ 4. a = d<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ + 3d -<br />
r<br />
u<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
3 + è!!!<br />
2 u<br />
, 2x = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
3 3 + è!!!<br />
Printed by Mathematica for Students<br />
3<br />
d è!!!<br />
3<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
, xè!!! 3 =<br />
è!!!<br />
u 3<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
3 + è!!!<br />
3 =<br />
u<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!!<br />
3 + 1
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 12<br />
Lösungen:<br />
1.<br />
è!!!<br />
a 3<br />
6<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
3. h =<br />
5. x =<br />
8. x =<br />
r<br />
2 è!!!<br />
3<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
r è!!!<br />
3<br />
2 + è!!!<br />
3<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
a<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!!<br />
2 + 1<br />
è!!!<br />
r 3<br />
= 6<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
u<br />
3 + è!!!<br />
3<br />
2 u<br />
3 + è!!!<br />
3<br />
2. x = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ , 2x = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
è!!!<br />
d 3<br />
è!!!<br />
2<br />
4. a = d<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!! + 3d - ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
2<br />
6. a2 I2 + è!!!<br />
3 M<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅÅ 4<br />
9.<br />
Hb - aL2<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
2<br />
5.9. Kreisberühraufgaben<br />
, xè!!! 3 =<br />
7. a = r "################<br />
2 + è!!!<br />
3<br />
10. x =<br />
r<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
"#################<br />
5 + 2 è!!!<br />
3<br />
è!!!<br />
u 3<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
3 + è!!!<br />
3 =<br />
u<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!!<br />
3 + 1<br />
1a) Man bestimme den Radius y des grossen Halbkreises als Funktion von a.<br />
b*) Man bere<strong>ch</strong>ne die Flä<strong>ch</strong>e A für a = 42cm. Runden Sie auf cm 2 genau.<br />
2a) Gesu<strong>ch</strong>t: Radius r des grossen Kreises ausgedrückt dur<strong>ch</strong> die Quadratseite a.<br />
b*) Gesu<strong>ch</strong>t ist die s<strong>ch</strong>raffierte Flä<strong>ch</strong>e für a = 96 mm auf ganze mm 2 genau.<br />
Printed by Mathematica for Students<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 13<br />
3. Ziehen Sie in der Figur Hilfslinien zu den Berührpunkten. Bere<strong>ch</strong>nen Sie dann den<br />
Radius r des kleinen, oberen Kreises. (Grundaufgabe)<br />
4. Gesu<strong>ch</strong>t ist der Radius des kleineren Halbkreises ausgedrückt dur<strong>ch</strong> a.<br />
(Grundaufgabe)<br />
5. Gesu<strong>ch</strong>t ist der Radius des Halbkreises ausgedrückt dur<strong>ch</strong> a. (Maturaufgabe)<br />
Printed by Mathematica for Students
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 14<br />
6. Gesu<strong>ch</strong>t ist x ausgedrückt dur<strong>ch</strong> r (Variante: r = 16 cm). (Maturaufgabe)<br />
Vorgehen bei Kreisberührungsaufgaben<br />
Ê Alle Berührradien und Symmetriea<strong>ch</strong>sen<br />
einzei<strong>ch</strong>nen.<br />
Ê Unbekannte x wählen. Alle<br />
Ergänzungsstrecken dur<strong>ch</strong> x ausdrücken und<br />
bes<strong>ch</strong>riften.<br />
Ê <strong>Pythagoras</strong> ohne Wurzeln anwenden.<br />
Lösungen<br />
3 a<br />
1a) y = ÅÅÅÅÅÅÅ 7<br />
41 a<br />
2a) r = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ 96<br />
3. r = 5<br />
ÅÅÅÅ<br />
m 4. 3 a<br />
3<br />
b) a = 42 cm, y = 18 cm, A ≈ 1018 cm2 b) 883 mm2 ÅÅÅÅ 5. 6. x =<br />
7 a<br />
ÅÅÅÅÅÅÅ<br />
6<br />
3 r<br />
ÅÅÅÅÅÅÅ<br />
2<br />
Printed by Mathematica for Students
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 15<br />
5.10. Weiteres Übungsmaterial<br />
1. Eine Person (Augenhöhe 1.6 m über dem Strandboden) steht am Meer und sieht ein<br />
Segels<strong>ch</strong>iff (Mastenhöhe 15 m) ins Meer hinausfahren. Die Si<strong>ch</strong>t ist äusserst klar. Mit<br />
der Zeit s<strong>ch</strong>eint das Boot im Meer zu versinken, und s<strong>ch</strong>liessli<strong>ch</strong> vers<strong>ch</strong>windet au<strong>ch</strong><br />
die Mastspitze.<br />
In wel<strong>ch</strong>er Distanz zu den Augen der Person befindet si<strong>ch</strong> zu diesem Zeitpunkt die<br />
Mastspitze des Segels<strong>ch</strong>iffs? (Erdradius = 6370 km)<br />
2. Gesu<strong>ch</strong>t ist x (r). Resultat exakt.<br />
3. Gesu<strong>ch</strong>t ist x.<br />
4. Diese Aufgabe führt auf eine quadratis<strong>ch</strong>e Glei<strong>ch</strong>ung:<br />
In einem re<strong>ch</strong>twinkligen Dreieck ist eine Kathete 3 cm kürzer als die Hypotenuse. Die<br />
andere Kathete ist 3 cm kürzer als der 4. Teil der längeren Kathete. Wie gross ist der<br />
Umfang des Dreiecks?<br />
Printed by Mathematica for Students
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 16<br />
5. Die Streckenzüge stehen jeweils senkre<strong>ch</strong>t aufeinander. Ges: x. Resultat exakt.<br />
6. Die beiden Vierecke sind Quadrate. Gesu<strong>ch</strong>t ist A (a). Resultat exakt.<br />
Printed by Mathematica for Students
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 17<br />
7. Wie gross ist der Radius x des kleinen mittleren Kreises ausgedrückt dur<strong>ch</strong> den<br />
Radius r der Halbkreise?<br />
8. Wie gross ist die Flä<strong>ch</strong>e des kleinen Kreises in cm 2 (auf 1 Stelle na<strong>ch</strong> dem Komma<br />
genau)?<br />
Lösungen:<br />
2 r<br />
1. ca. 18.3 km. 2. x = ÅÅÅÅÅÅÅ 3. x = 4.8 cm<br />
3<br />
4. Die Seiten messen 123 cm, 120 cm und 27 cm, U = 270 cm.<br />
5. è!!!<br />
6 6. A = a2 I 3 - 2 è!!!<br />
2 M<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
7. x = r ( 2<br />
è!!!<br />
2 - 1)<br />
8. 59.1 cm2 Printed by Mathematica for Students
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 18<br />
5.11. Anhang 1<br />
5.11.1. Indis<strong>ch</strong>e Sulbasutras<br />
In der alten indis<strong>ch</strong>en Kultur (um 1000 v.Chr.) gab es die "S<strong>ch</strong>nurlehre" (sulbasutra).<br />
Sie diente als Anleitung zum Bau von Altären. Man findet dort etwa folgende<br />
Anleitung:<br />
Ê Das Seil, wel<strong>ch</strong>es entlang der Diagonale eines Quadrates gespannt wird, liefert eine<br />
doppelt so grosse Flä<strong>ch</strong>e wie das ursprüngli<strong>ch</strong>e Quadrat.<br />
Ê Ferner wird eine Konstruktion angegeben, die zum Ziel hat, ein Quadrat zu<br />
erhalten, das die glei<strong>ch</strong> grosse Flä<strong>ch</strong>e hat wie zwei vorgegebene, unters<strong>ch</strong>iedli<strong>ch</strong><br />
grosse Quadrate zusammen.<br />
Wie könnte man diese "Quadratvers<strong>ch</strong>melzung" mit Hilfe des Satzes von <strong>Pythagoras</strong><br />
dur<strong>ch</strong>führen?<br />
5.11.2. Der Satz von <strong>Pythagoras</strong> für Smileys<br />
1<br />
3<br />
2<br />
Der Satz von <strong>Pythagoras</strong> gilt au<strong>ch</strong> für Smileys! Die Gesi<strong>ch</strong>tsflä<strong>ch</strong>en von Smiley 1 und<br />
Smiley 2 zusammen sind glei<strong>ch</strong> gross wie die Gesi<strong>ch</strong>tsflä<strong>ch</strong>e von Smiley 3.<br />
Analoges gilt für alle Elemente des Bildes von Paul Klee unter 5.2.1.<br />
Printed by Mathematica for Students
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 19<br />
Anhang 2: Lösungswege zu 5.6.2 und 5.6.3<br />
S. 6, 5.6.2., Nr. 4<br />
S.6, 5.6.3., Nr. 5<br />
5a) Sei x die Länge eines S<strong>ch</strong>enkels, dann ist x è!!!<br />
2 die Länge der Hypotenuse.<br />
Umfang = 30 = x + x + x è!!!<br />
2 = 2x + x è!!!<br />
2 = x(2 + è!!!<br />
30<br />
2 ) = 30 ï x = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
2 + è!!!<br />
2<br />
b)<br />
2x 2x<br />
h<br />
x/2<br />
x<br />
h = "###################<br />
4 x2 - x2<br />
ÅÅÅÅÅÅ = 4 "########## 15 x2 15<br />
Seite • Höhe 15 15<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ . A = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ<br />
4 2 2 2 •2 4<br />
Es ist A = è!!!!! è!!!!!!<br />
x2 15<br />
15 = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ 4 | : è!!!!!<br />
15 ï 1 = x2<br />
ÅÅÅÅÅÅ 4 ï 4 = x2 ï x = 2. ï U = 5x = 10 cm.<br />
x è!!!!!!<br />
Printed by Mathematica for Students<br />
x•x è!!!!!!<br />
x2 è!!!!!!
math_gew_te<strong>ch</strong>n_pythagoras.nb 20<br />
c)<br />
s<br />
5<br />
s<br />
s<br />
12<br />
s<br />
s = "##################<br />
12 2 + 52 = 13<br />
ARhombus = e•f 24 •10<br />
ÅÅÅÅÅÅÅ = ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ = 120 = s • h ï h = 2 2 120<br />
ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ 13<br />
x<br />
x<br />
h<br />
ï x = h<br />
ÅÅÅÅ<br />
d) Skizze. d = 13 cm. Sei x = Breite ï "##################<br />
13 2 - x2 = Länge<br />
Halber Umfang = 17 = x + "##################<br />
132 - x2 ï (17 - x) = "##################<br />
132 - x2 ï H17 - xL 2 = 169 - x 2 ï 289 - 34x + x 2 = 169 - x 2 ï<br />
2 x 2 - 34x + 120 = 0 ï x 2 - 17x + 60 = 0 ï x = 12 cm, Länge = 5 cm.<br />
e)<br />
x<br />
5<br />
= 2 60<br />
ÅÅÅÅÅÅ 13 cm.<br />
x = 10 cm (Doppeltes von 5; siehe s<strong>ch</strong>raffiertes halbes glei<strong>ch</strong>seitiges Dreieck.)<br />
Printed by Mathematica for Students