Aufgabenbeispiele von in Körpern

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Raumdiagonale

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Ein Quader hat die Kantenlängen a = 4 mm, b = 4 mm und c = 9 mm.
Berechne die Länge der Raumdiagonale.

Lösung einblenden

Die Bodendiagonale d1 ist die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten a = 4 mm und b = 4 mm, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:

d12 = a² +b² = (4 mm)2 + (4 mm)2 = 16 mm² + 16 mm² = 32 mm²

d1 = 32 mm ≈ 5.657 mm

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 = ( 32 mm)2 + (9 mm)2 = 32 mm² + 81 mm² = 113 mm²

Da d12 = a2 +b2 gilt, kann man die Raumdiagonale auch schneller mit der Formel
d2 = a2 + b2 + c2 = 16 mm² + 16 mm² + 81 mm² = 113 mm²
berechnen.

d = 113 mm ≈ 10.63 mm

Dreiecke im Quader

Beispiel:

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Ein Quader hat die Kantenlängen a = 7 cm, b = 4 cm und c = 6 cm.
Berechne den Umfang U und den Flächeninhalt A des abgebildeten (grünen) Dreiecks.

Lösung einblenden

Die Deckendiagonale d1 ist die Hypotenuse eines rechtwinklingen Dreiecks mit den Katheten a= 7 cm und b = 4 cm, folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras:

d12 = a² + b² = (7 cm)2 + (4 cm)2 = 49 cm² + 16 cm² = 65 cm²

d1 = 65 cm ≈ 8.062 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 = ( 65 cm)2 + (6 cm)2 = 65 cm² + 36 cm² = 101 cm²

d = 101 cm ≈ 10.05 cm

Für den Umfang U gilt somit:
U = d1 + d + c ≈ 8.06 cm + 10.05 cm + 6 cm ≈ 24.11 cm

Für den Flächeninhalt A gilt dann wegen des rechten Winkels zwischen d1 und 6:
A = 1 2 d1 ⋅c ≈ 1 2 ⋅8.06 cm⋅ 6 cm ≈ 24.19 cm²

Kanten bei einer Pyramide nur vorwärts

Beispiel:

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Eine gerade Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche mit den folgenden Längen: a = 4 m, b = 4 m, h = 5 m.
Berechne hb 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 hb, einer Kathete h und der anderen Kathete 1 2 a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:

hb2 = h2 + ( 1 2 a)2

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

hb2 = 52 + 2 2 = 25 + 4 = 29

Also gilt hb = 29 m ≈ 5,4 m

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

s2 = hb2 + ( 1 2 b)2

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

s = 5,392 + 22 = 29,05 + 4 = 33

Also gilt s = 33.05 m ≈ 5,8 m

Kanten bei einer Pyramide

Beispiel:

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Eine gerade Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche mit den folgenden Längen: a = 9 m, h = 8 m, s = 10.2 m.
Berechne hb 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 hb, einer Kathete h und der anderen Kathete 1 2 a (gestrichelt dargestellt auf der Bodenfläche). Also gilt:

hb2 = h2 + ( 1 2 a)2

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

hb2 = 82 + 4,5 2 = 64 + 20,25 = 84,25

Also gilt hb = 84.25 m ≈ 9,2 m

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

s2 = hb2 + ( 1 2 b)2

Weil wir b suchen, stellen wir nach b um:

( 1 2 b)2 = s2 - hb2

( 1 2 b)2 = 10,22 - 9,182 = 104,04 - 84,27 = 19,77

Also gilt 1 2 b = 19.77 m ≈ 4,45 m

Somit gilt: b ≈ 8,9 m

Anwendungen Pythagoras

Beispiel:

Ein Leuchtturm ist 34m 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.

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Es gilt:

63710002 + k12 = 63710342

40589641000000 + k12 = 40590074229156 |-40589641000000

k12 = 433229156 |

k1 ≈ 20814.16

Somit gilt für die gesuchte Kathete:
k1 ≈ 20814.16m

Pyramide (Oberflächenberechnung)

Beispiel:

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Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Größen:
Grundfläche G = 81 mm² und Mantelfläche M = 149,79 mm².
Berechne die Grundflächenlänge a und die Oberfläche O.

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Bestimmung der Grundflächenlänge a

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 = G = 81 mm = 9 mm

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 = 149,79 mm² bereits bekannt.

Die Grundfläche G ist ja mit G = 81 mm² bereits bekannt.

somit gilt: O = M + G = 149,79 mm² + 81 mm² = 230,79 mm²

Pyramide (Volumenberechnung)

Beispiel:

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Eine gerade Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit den folgenden Größen:
Pyramidenhöhe h = 5 m und Grundfläche G = 49 m².
Berechne die Grundflächenlänge a und die Kantenlänge s.

Lösung einblenden

Bestimmung der Grundflächenlänge a

Die Grundfläche G ist ja mit G = 49 m² bereits bekannt.

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

a = G = 49 m = 7 m

Bestimmung der Kantenlänge s

Um s zu berechnen, müssen wir zuerst die Seitenhöhe ha berechnen:

Die Grundflächenlänge a ist ja mit a = 7 m bereits bekannt.

Die Pyramindenhöhe h ist ja mit h = 5 m bereits bekannt.

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

ha2 = h2 + ( 1 2 a)2

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

ha2 = 52 + 3,5 2 = 25 + 12,25 = 37,25

Also gilt ha = 37.25 m ≈ 6,1 m

Die Grundflächelänge a ist ja mit a = 7 m bereits bekannt.

Wir erkennen in der Skizze ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse s, einer Kathete ha und der anderen Kathete 1 2 a (rechts nach hinten auf der Bodenfläche dargestellt). Also gilt:

s2 = ha2 + ( 1 2 a)2

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

s = 6,12 + 3,52 = 37,21 + 12,25 = 49

Also gilt s = 49.46 m ≈ 7,04 m