Aufgabenbeispiele von in Körpern
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Raumdiagonale
Beispiel:
Ein Quader hat die Kantenlängen a = 8 cm, b = 9 cm und c = 9 cm.
Berechne die Länge der Raumdiagonale.
Die Bodendiagonale d1 ist die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten a = 8 cm und b = 9 cm, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:
d12 = a² +b² = (8 cm)2 + (9 cm)2 = 64 cm² + 81 cm² = 145 cm²
d1 = cm ≈ 12.042 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 = ( cm)2 + (9 cm)2 = 145 cm² + 81 cm² = 226 cm²
Da d12 = a2 +b2 gilt, kann man die Raumdiagonale auch schneller mit der Formel
d2 = a2 + b2 + c2 = 64 cm² + 81 cm² +
81 cm² = 226 cm²
berechnen.
d = cm ≈ 15.033 cm
Dreiecke im Quader
Beispiel:
Ein Quader hat die Kantenlängen a = 2 mm, b = 5 mm und c = 3 mm.
Berechne den Umfang U und den Flächeninhalt A des abgebildeten (grünen) Dreiecks.
Die Frontwanddiagonale d1 ist die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten a= 2 mm und c = 3 mm, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:
d12 = a² + c² = (2 mm)2 + (3 mm)2 = 4 mm² + 9 mm² = 13 mm²
d1 = mm ≈ 3.606 mm
Die Raumdiagonale ist d ist die Hypotenuse des rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten d1 und b, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:
d2 = d1² + b² = ( mm)2 + (5 mm)2 = 13 mm² + 25 mm² = 38 mm²
d = mm ≈ 6.164 mm
Für den Umfang U gilt somit:
U = d1 + d + b ≈ 3.61 mm +
6.16 mm + 5 mm ≈ 14.77 mm
Für den Flächeninhalt A gilt dann wegen des rechten Winkels zwischen d1 und 5:
A = d1 ⋅b ≈ ⋅3.61 mm⋅
5 mm ≈ 9.01 mm²
Kanten bei einer Pyramide nur vorwärts
Beispiel:
Eine gerade Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche mit den folgenden Längen: a = 4 mm, b = 4 mm, h = 7 mm.
Berechne hb und s.
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 a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:
hb2 = h2 + (a)2
Da ja h und a gegeben sind, können wir einfach einsetzen:
hb2 = 72 + 2 2 = 49 + 4 = 53
Also gilt hb = mm ≈ 7,3 mm
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse s, einer Kathete hb und der anderen Kathete b (rechts nach hinten auf der Bodenfläche dargestellt). Also gilt:
s2 = hb2 + (b)2
Da ja hb und b gegeben sind, können wir einfach einsetzen:
s = 7,282 + 22 = 53 + 4 = 57
Also gilt s = mm ≈ 7,6 mm
Kanten bei einer Pyramide
Beispiel:
Eine gerade Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche mit den folgenden Längen: b = 4 m, h = 5 m, s = 5.8 m.
Berechne a und hb.
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 b (rechts nach hinten auf der Bodenfläche dargestellt). Also gilt:
s2 = hb2 + (b)2
Weil wir hb suchen, stellen wir nach hb um:
s2 - (b)2 = hb 2
hb2 = 5,82 - 22 = 33,64 - 4 = 29,64
Also gilt hb = m ≈ 5,4 m
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse hb, einer Kathete h und der anderen Kathete a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:
hb2 = h2 + (a)2
Weil wir a suchen, stellen wir nach a um:
(a)2 = hb2 - h2
(a)2 = 5,442 - 52 = 29,64 - 25 = 4,64
Also gilt a = m ≈ 2,2 m
Somit gilt: a ≈ 4,3 m
Anwendungen Pythagoras
Beispiel:

Ein Leuchtturm ist 82m über dem Meeresspiegel. Wie weit (in m) könnte von dort aus bei optimalen Sichtverhältnissen maximal aufgrund der Erdkrümmung aufs Meer hinausschauen? Als Erdradius kann man mit 6371km rechnen.

Es gilt:
63710002 + k12 = 63710822
40589641000000 + k12 = 40590685850724 |-40589641000000
k12 = 1044850724 |
k1 ≈ 32324.15
Somit gilt für die gesuchte Kathete:
k1 ≈ 32324.15m
Pyramide (Oberflächenberechnung)
Beispiel:
Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Größen:
Grundfläche G = 81 mm² und Pyramidenhöhe h = 8 mm.
Berechne die Höhe der Seitenfläche ha und die Kantenlänge s.
Bestimmung der Höhe der Seitenfläche ha
Um ha zu berechnen, müssen wir zuerst die Grundseitenlänge a berechnen:
Die Grundfläche G ist ja mit G = 81 mm² bereits bekannt.
Und da diese Grundfläche ja ein Quadrat mit Seitenlänge a ist, gilt: G = a² oder eben:
a = = mm = 9 mm
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse ha, einer Kathete h und der anderen Kathete a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:
ha2 = h2 + (a)2
Da ja h und a gegeben sind, können wir einfach einsetzen:
ha2 = 82 + 4,5 2 = 64 + 20,25 = 84,25
Also gilt ha = mm ≈ 9,18 mm
Bestimmung der Kantenlänge s
Die Höhe einer Seitenfläche ist ja mit ha = 9,18 mm bereits bekannt.
Die Grundflächelänge a ist ja mit a = 9 mm bereits bekannt.
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse s, einer Kathete ha und der anderen Kathete a (rechts nach hinten auf der Bodenfläche dargestellt). Also gilt:
s2 = ha2 + (a)2
Da ja ha und a gegeben sind, können wir einfach einsetzen:
s = 9,182 + 4,52 = 84,27 + 20,25 = 105
Also gilt s = mm ≈ 10,22 mm
Pyramide (Volumenberechnung)
Beispiel:
Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Größen:
Grundflächenlänge a = 4 m und Höhe der Seitenfläche ha = 8,25 m.
Berechne die Pyramidenhöhe h und das Volumen V.
Bestimmung der Pyramidenhöhe h
Die Höhe einer Seitenfläche ist ja mit ha = 8,25 m bereits bekannt.
Die Grundflächelänge a ist ja mit a = 4 m bereits bekannt.
Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse ha, einer Kathete h und der anderen Kathete a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:
ha2 = h2 + (a)2
Weil wir h suchen, stellen wir nach h um:
ha2 - (a)2 = h2
h2 = 8,252 - 22 = 68 - 4 = 64
Also gilt h = m ≈ 8 m
Bestimmung des Volumen V
Um das Volumen dieser Pyramide zu bestimmen, müssen wir die Volumenformel einer Pyramide anwenden: V = G ⋅ h
Um die Grundfläche dieser Pyramide zu bestimmen, müssen wir einfach die Grundflächenlänge a zum Quadrat nehmen:
Die Grundflächelänge a ist ja mit a = 4 m bereits bekannt.
somit gilt: G = a² = (4 m)² = 16 m²
Die Pyramindehöhe h ist ja mit h = 8 m² bereits bekannt.
somit gilt: V = G ⋅ h = ⋅16 m² ⋅ 8 m ≈ 42,67 m³
