Aufgabenbeispiele von Prismen

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Würfel V+O rückwärts

Beispiel:

Ein Würfel hat die Oberfläche O = 6 m². Berechne die Kantenlänge.

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Ein Würfel hat ja sechs gleich große Seitenflächen. Jede davon ist ein Quadrat mit der Kantenlänge a.
Also gilt für die Oberfläche eines Würfel mit Kantenlänge a:
O = 6 ⋅ a ⋅ a = 6a2

Es gilt somit:

6 m² = 6 ⋅ ⬜2

Wenn 6 ⬜2 das Gleiche wie 6 ist, dann muss doch ein ⬜2 ein Sechstel von 6, also 1 ergeben.

1 m² = ⬜2

Mit gezieltem Probieren findet man, dass dies mit a = 1 m funktioniert.

Volumen eines Prisma

Beispiel:

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Berechne das Volumen V des dargestellten, senkrechten Prismas.

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Das Volumen eines senkrechten Prismas berechnet man mit V = G ⋅ h,
also die Fläche der Grundseite multipliziert mit der Höhe des Prismas, wobei die Höhe hier die 5.5 cm nach schräg hinten ist.
Die Fläche der Grundseite berechnet man mit:
A = 1 2 ⋅ Grundseite ⋅ Höhe (wofür beim rechtwinkligen Dreieck die Katheten benutzt werden können)
also hier:

A = 1 2 ⋅ 6 cm ⋅ 4 cm = 12 cm²

Das wird dann mit der Höhe multipliziert: V = 12 cm² ⋅ 5.5 cm = 66 cm³

Volumen eines Prisma 2

Beispiel:

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Ein Prisma hat die abgebildete Figur als Grundfläche und
die Höhe h = 100 cm. Berechne das Volumen des Prismas.

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Die Grundfläche dieses regelmäßigen Sechseck besteht aus 6 kleinen gleichseitigen Dreiecken. Deswegen berechnen wir zuerst den Flächeninhalt eines dieser 6 kleinen gleichseitigen Dreiecke und nutzen hierfür die Flächeninhaltsformel des Dreiecks:

ADreieck = 1 2 c ⋅ hc

Dazu müssen wir zuerst noch die Höhe hc mit dem Satz des Pythagoras (im rechtwinkligen halben Dreieck) berechnen:

hc2 + ( 9 2 )2 = 92 |-( 9 2 )2

hc2 = 92 - ( 9 2 )2 = 92 - 4.52 = 81 - 20.25= 60.75

Daraus ergibt sich:

hc = 60,75 ≈ 7.794

Und daraus ergibt sich wiederum für die Grundfläche ADreieck:

ADreieck = 1 2 c ⋅ hc = 1 2 ⋅ 9 ⋅ 7.794 ≈ 35.1

Man hätte den Flächeninhalt des gleichseitigen Dreiecks auch mit dessen Flächenformel berechnen können:
ADreieck = 3 4 a2 = 3 4 81 ≈ 35.1

Damit haben wir den Flächeninhalt eines der 6 gleichseitiogen Dreiecke. Um nun auf die gesamte Grundfläche des Prismas, also auf das regelmäßige Sechseck zu kommen, müssen wir lediglich diese Dreiecksfläche ADreieck mal 6 nehmen:

G = 6 ⋅ ADreieck ≈ 6 ⋅ 35.1 ≈ 210.4

Um nun das gesuchte Volumen des Prismas zu berechnen, müssen wir nur noch die Grundfläche G mit der Höhe h=100 cm multiplizieren:

V = G ⋅ h ≈ 210.4 cm² ⋅ 100 cm ≈ 21044.4 cm³

Prismavolumen rückwärts (Skizze Grundfläche)

Beispiel:

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Ein Prisma hat das Volumen V = 14964.9 cm³, die Höhe h = 90 cm und als Grundfläche das abgebildete regelmäßige Sechseck.
Berechne die rote Strecke x.

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Da ja für das Volumen eines Prismas V = G ⋅ h gilt, können wir umgekehrt sofort die Grundfläche berechnen als :
G = V h 14964.9 90 ≈ 166.28

Die Grundfläche dieses regelmäßigen Sechseck besteht aus 6 kleinen gleichseitigen Dreiecken. Deswegen muss der Flächeninhalt eines dieser 6 kleinen gleichseitigen Dreiecke eben gerade A = 1 6 G ≈ 166.28 6 ≈ 27.71 sein

Jetzt müssen wir uns eine Formel für das gleichseitige Dreieck mit Basisseitenlänge x herleiten (oder in der Formelsammlung suchen ;-):

Nach dem Satz des Pythagoras gilt:

hc2 + ( x 2 )2 = x2 |-( x 2 )2

hc2 = x2 - ( x 2 )2 = x2 - 1 4 x2 = 3 4 x2

Daraus ergibt sich:

hc = 3 2 x

Und daraus ergibt sich wiederum für die Grundfläche ADreieck:

ADreieck = 1 2 x ⋅ hc = 1 2 ⋅ x ⋅ 3 2 x ≈ 3 4 x2

Hier können wir jetzt die bereits ermittelte Grundfläche ADreieck = 27.71 einsetzen:

27.71 ≈ 3 4 x2 | ⋅4: 3

64 ≈ x2

x ≈ 64 ≈ 8

Für x = 8 cm ist somit die Grundfläche ADreieck ≈ 27.7 cm² und das Volumen des Prismas V ≈ 14964.9 cm³