Buss-Haskert/Ähnlichkeit und Strahlensätze: Unterschied zwischen den Versionen

Aus ZUM Projektwiki
K (Reihenfolge geändert)
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K (Geogebra Applet ergänzt)
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|+Wo stehst du? Teste dein Vorwissen!
!Du kannst
!Du kannst
!Übungen im Buch
!Übungen im Buch
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| -Gleichungen und Formeln umstellen
| -Gleichungen und Formeln umstellen
|S. 90 Nr. 6,7
|S. 90 Nr. 6,7
|learningapps ergänzen!
|{{LearningApp|app=pnf1nu66t20|width=100%|height=100px}}{{LearningApp|app=p1jsmdvrc20|width=100%|height=100px}}
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| -Dreiecke konstruieren
| -Dreiecke konstruieren
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Und nun untersuche die Seitenlängen der Dreiecke:<ggb_applet id="nfSFe9ns" width="800" height="610" />
Und nun untersuche die Seitenlängen der Dreiecke:<ggb_applet id="nfSFe9ns" width="800" height="610" />


===1) Vergrößern und Verkleinern===
===1) Vergrößern und Verkleinern===


Ein Zeichengerät zum Vergrößern bzw. Verkleinern von Figuren ist der Pantograph. Er wurde früher zum Verkleinern oder Vergrößern von Plänen oder Karten genutzt. Im nachfolgenden Applet kannst du dieses Gerät ausprobieren.
Ein Zeichengerät zum Vergrößern bzw. Verkleinern von Figuren ist der Pantograph. Er wurde früher zum Verkleinern oder Vergrößern von Plänen oder Karten genutzt. Im nachfolgenden Applet kannst du dieses Gerät ausprobieren.
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Welche Bedeutung hat der Schieberegler?
Welche Bedeutung hat der Schieberegler?


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{{Box|Vergrößern und Verkleinern|Ziehe die richtigen Lösungen in die Lücken und schreibe dann den Merksatz in dein Heft ab.|Arbeitsmethode}}
<div class="lueckentext-quiz">
<div class="lueckentext-quiz">
Beim Vergrößern oder Verkleinern einer Figur werden alle Streckenlängen mit demselben '''Faktor k''' multipliziert. Dabei ist k immer eine '''positive''' Zahl.
Für '''k > 1''' wird die Figur vergrößert.
Für '''k < 1''' wird die Figur verkleinert.
Für die Streckenlängen gilt a' = k∙a, also gilt k = '''<math>{\operatorname{a'}\over\operatorname{a}\!}</math>'''.</div>
{{Box|Übung 1: Vergrößern und Verkleinern|Zeichne die Buchstaben H oder L in dein Heft, vergrößere und verkleinere das Original und gib den  Faktor k an.|Üben}}
{{Lösung versteckt|Schau ins Buch S. 92 oben, dort findest du Beispiele für den Buchstaben L.|Tipp|Verbergen}}
{{Box| Übung 2: Rechtecke vergrößern und verkleinern|Lies im Buch S. 92 unten Beispiel a). Bearbeite danach S. 93 Nr. 1, 2, 3 und 4.|Üben}}


{{Lösung versteckt|Link GeoGebra-Applet https://www.geogebra.org/classic/rhctngwz|GeoGebra-Applet zu Nr. 1|Verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=Seitenlänge des Originals: a=7cm
Seitenlänge des vergrößerten Bildes: a=10,5cm
Erinnerung: k = <math>{\operatorname{a'}\over\operatorname{a}\!}</math>=..., denn a'=k∙a


Für die Breite des vergrößerten Bildes gilt: b'=k∙b=...
<ggb_applet id="bznvvgsb" width="1000" height="610"></ggb_applet>|2=Tipp zu Nr. 2|3=Verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=Erinnerung: k = <math>{\operatorname{a'}\over\operatorname{a}\!}</math>=<math>{\operatorname{10}\over\operatorname{6}\!}</math>=... (Kürze!)
Für die Breite des vergrößerten Bildes gilt: b'=k∙b=...Setze k ein und berechne.|2=Tipp zu Nr. 3|3=Verbergen}}


Beim Vergrößern oder Verkleinern einer Figur werden alle Streckenlängen mit demselben '''Faktor k''' multipliziert. Dabei ist k immer eine '''positive''' Zahl.
{{Box|Übung 3: Vielecke vergrößern|Lies im Buch S. 93 oben Beispiel b). Bearbeite danach S. 94 Nr. 6 und 7|Üben}}
{{Lösung versteckt|[[Datei:S.94 Nr. 6.png]]|Lösung zu Nr. 6|Verbergen}}
{{Lösung versteckt|[[Datei:S. 94 Nr. 7 Lösung.png]]|Lösung zu Nr.7|Verbergen}}
{{Box|Übung 4: Wie ändert sich der Flächeninhalt beim Vergrößern und Verkleinern?|Bearbeite S. 94 Nr. 11. Das nachfolgende GeoGebra-Applet hilft dabei.
a) Vergrößere das Rechteck mit dem Faktor k (Schieberegler). Wie ändert sich der Flächeninhalt? Notiere in einer Tabelle, wie auf S.94 Nr. 11a) dargestellt. (Lies die Tabelle spaltenweise.)|Üben}}
 
<ggb_applet id="usyfabzs" width="1000" height="610" />
 
{{Lösung versteckt|1=Beim Vergrößer bzw. verkleinern eines Rechtecks ändert sich der Flächeninhalt mit dem Quadrat des Vergrößerunsfaktors k. Also A' = k²· A.


Für '''k > 1''' wird die Figur vergrößert.
A = a · b , vergrößere/verkleinere das Rechteck mit dem Faktor k, also a'=k·a und b'=k·b, dann gilt


Für '''k < 1''' wird die Figur verkleinert.
A’ =  a’ · b’  = k·a · k·b  = k² · a · b  = k² · A|2=Tipp zu S. 94 Nr. 11c|3=Verbergen}}


Für die Streckenlängen gilt a' = '''k'''• a, also k = <math>{\operatorname{a'}\over\operatorname{a}\!}</math>.
{{Box|Übung 5: Der Kopierer| Wende dein Wissen aus Übung 4 an und löse S. 95 Nr. 18.|Üben}}
Nutze auch hier das GeoGebra-Applet. Stelle k=71%=0,71 und danach k=141%=1,41 ein. Wie ändert sich der Flächeninhalt?
<ggb_applet id="bwbxqydh" width="1000" height="610" />
{{Lösung versteckt|
{{Lösung versteckt|1=Wenn k =71% ist, dann wird die Fläche halbiert: f = 0,5.
 
Wenn k=141% ist, dann wird die Fläche verdoppelt: f = 2.
Erklärung:


A'=k²∙A=0,71²∙A <math>\approx</math>0,5∙A, denn 0,71²=0,5041<math>\approx</math>0,5.


</div>
A'=k²∙A=1,41²∙A <math>\approx</math>2∙A, denn 1,41²=1,9881<math>\approx</math>2.|2=Tipp zu a)|3=Verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=Tipp zu b): Bestimme zunächst den Vergrößerungsfaktor k für die Seitenlängen mit k=<math>\frac{a'}{a}</math>=a':a


29,7 : 25,8 = 1,15 = 115 %, 21 : 19 = 1,10 = 110 %.


{{Box|Übung 2: Vergrößern und Verkleinern|Zeichne die Buchstaben H oder L in dein Heft, vergrößere und verkleinere das Original und gib den  Faktor k an.|Üben}}
Damit alles auf der Seite abgebildet wird, sollte der Kopierer also auf 110 % gestellt werden.|2=Tipp zu b)|3=Verbergen}}|Tipps und Lösungen zu S.95 Nr.18|Verbergen}}  


{{Lösung versteckt|Schau ins Buch S. 92 oben, dort findest du Beispiele für den Buchstaben L.|Tipp|Verbergen}}


{{Box|Übung 6: Wie verändert sich das Volumen beim Vergrößern und Verkleinern?|Bearbeite S.94 Nr.12. Das nachfolgende GeoGebra-Applet hilft dir dabei.|Üben}}
Das GeoGebra-Applet zeigt einen Quader mit a=3cm; b=2cm und c=1cm. Vergrößere die Seitenlängen mit dem Faktor k (Schieberegler). Wie verändert sich das Volumen des Quaders?
Notiere V<sub>1</sub>=6cm³; V<sub>2</sub> = 48cm³ = ____ ∙V<sub>1</sub>; V<sub>3</sub> = ... = ____∙V<sub>1</sub>; usw.
Was fällt dir auf?
<ggb_applet id="qzknx4ue" width="1000" height="610" />
{{Lösung versteckt|1=1=Vergrößert man die Kantenlängen des Quaders mit k, so vergrößert sich das Volumen des Quaders mit k³. Also V' = k³· V.


{{Box| Übung 3: Aufgaben Buch|Lies im Buch S. 92 unten Beispiel a) und S. 93 oben Beispiel b). Bearbeite danach S. 93 Nr. 1, 2, 3 und 4|Üben}}
V = a · b · c , vergrößere/verkleinere die Kantenlängen mit dem Faktor k, also a'=k·a und b'=k·b, c=k·c' dann gilt


{{Lösung versteckt|<ggb_applet id="rhctngwz" width="1000" height="610"></ggb_applet>|GeoGebra-Applet zu Nr. 1|Verbergen}}
V’ = a’· b’· c’= k·a · k·b · k·c = k³ · a · b · c = k³ · V|2=Allgemeine Regel zu S. 94 Nr. 12a|3=Verbergen}}




Weiter Aufgaben werden ergänzt...




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{{Box|Aufgabe 2|Sucht in eurer Umgebung im geometrischen Sinn ähnliche Figuren, macht ein Foto und ladet es im Gruppenorder Mathematik hoch|Üben}}
{{Box|Aufgabe 2|Sucht in eurer Umgebung im geometrischen Sinn ähnliche Figuren, macht ein Foto und ladet es im Gruppenorder Mathematik hoch.|Üben}}
 
{{Box|1=Beispiel: Ähnliche Dreiecke konstruieren|2=Konstruiere das Dreieck ABC mit a=4cm; b=5cm und c=6cm. Konstruiere dann das dazu ähnliche Dreieck A'B'C' mit a'=6cm.|3=Arbeitsmethode}}
1. Schritt: Konstruiere das Dreieck ABC mit a=4cm; b=5cm und c=6cm.
Erinnerung: Kongruenzsatz SSS
In der nachfolgenden App sind die Schritte zur Konstruktion dargestellt, du musst sie in die richtige Reihenfolge bringen. Übertrage danach die Konstruktion in dein Heft.
{{LearningApp|app=p16u152nj20|width=100%|height=800px}}
{{Lösung versteckt|Das verlinkte GeoGebra-Datei zeigt die die Konstruktion mit den Kongruenzsatz SSS noch einmal Schritt für Schritt: https://www.geogebra.org/m/CCQrYPXZ|Wiederholung Konstruktion mit dem Kongruenzsatz SSS|Verbergen}}
2. Schritt:
Berechne den Vergrößerungsfaktor k und damit dann b' und c'.
{{Lösung versteckt|1=k=<math>\tfrac{a'}{a}</math>=<math>\tfrac{6}{4}</math>=1,5; also gilt
<math>\tfrac{b'}{b}</math>=1,5
 
<math>\tfrac{b'}{5}</math>=1,5
 
b'=1,5·5
 
b'=7,5 [cm];
 
ebenso gilt c'=1,5·c = 1,5·6 = 9[cm]|2=Lösung anzeigen|3=Verbergen}}
3. Schritt:
Konstruiere das Dreieck A'B'C' (Konstruktion mit SSS wie oben).
 
[[Datei:Dreieck A'B'C'.png|555x555px]]
 
{{Lösung versteckt|[[Datei:Hefteintrag zum Beispiel.png|Hefteintrag zum Beispiel.png]]|Hilfe:So müsste dein Hefteintrag aussehen|Verbergen}}
 
{{Box|1=Übung 3: Ähnliche Dreiecke - Berechnungen|2=Löse zunächst die folgende LearningApp und mit derselben ausführlichen Schreibweise S. 97 Nr. 2. Kontrolliere deine Ergebnisse mit dem nachfolgenden GeoGebra-Applet.|3=Üben}}
{{LearningApp|app=p0oommxqn20|width=100%|height=600px}}
 
Prüfe deine Lösungen zu S. 97 Nr. 2: Stelle k so ein, dass die jeweiligen Seitenlängen zur Aufgabe passen. Dann lies k und die fehlenden Seitenlängen ab.
<ggb_applet id="atph52nb" width="800" height="610" />
 
 
{{Box|Übung 4: Konstruktion ähnlicher Dreiecke|Löse schrittweise (wie im Beispiel oben)
S. 97 Nr. 1 a), d) und
S. 97 Nr. 3.
Prüfe deine Lösungen mit dem zugehörigen GeoGebra-Applet.|Üben}}
{{Lösung versteckt|{{Lösung versteckt|1=k=<math>\tfrac{a'}{a}</math>=<math>\tfrac{8}{4}</math>=2; also gilt
 
<math>\tfrac{b'}{b}</math>=2
 
<math>\tfrac{b'}{5}</math>=2
 
b'=2·5
 
b'=10 [cm];
 
ebenso gilt c'=2·c = 2·6 = 10[cm]|2=Tipp zu a)|3=Verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=k=<math>\tfrac{b'}{b}</math>=<math>\tfrac{6}{5}</math>=1,2; also gilt
 
<math>\tfrac{a'}{a}</math>=1,2
 
<math>\tfrac{a'}{4}</math>=1,2
 
a'=1,2·4
 
a'=4,8 [cm];
 
ebenso gilt c'=1,2·c = 1,2·6 = 7,2[cm]|2=Tipp zu d)|3=Verbergen}}|Tipps zu S.97 Nr.1}}
Prüfe deine Lösung von S. 97 Nr. 1 a,d:
<ggb_applet id="wshyybyn" width="800" height="610"></ggb_applet>Prüfe deine Lösung von S. 97 Nr. 3
 
<ggb_applet id="czznt9y4" width="800" height="610"></ggb_applet>
 
{{Box|Übung 5: Vermischte Übungen|Löse S. 97 Nr. 4, 5, 6, 7 und 8 im Heft.|Üben}}
{{Lösung versteckt|1=Berechne jeweils das Verhältnis der Bildstreckenlängen zu den Originallängen. Es muss immer gleich sein, wenn die Dreiecke ähnlich sind (nämlich k). Gilt <math>\tfrac{a'}{a}</math>=<math>\tfrac{b'}{b}</math>=<math>\tfrac{c'}{c}</math>|2=Tipp zu Nr. 4|3=Verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=Bestimme zunächst den Ähnlichkeitsfaktor k=<math>\tfrac{a'}{a}</math>, denn nur von diesen beiden Seiten kennst du die Bild- und Originalstreckenlänge. Dann kannst du die fehlenden Längen von b' und c durch Umstellen der Formel k=<math>\tfrac{b'}{b}</math> nach b' und k=<math>\tfrac{c'}{c}</math> nach c berechnen. {{Lösung versteckt|1=Umstellen der Formel nach b'
k=<math>\tfrac{b'}{b}</math> I∙b
also gilt k∙b = b' (einsetzen und ausrechen)|2=Umstellen der Formel nach b|3=Verbergen}}{{Lösung versteckt|1=Umstellen der Formel  c
k=<math>\tfrac{c'}{c}</math>  I∙c
 
k∙c = c' I:k
 
c = <math>\tfrac{c'}{k}</math> (einsetzen und ausrechnen)|2=Umstellen der Formel nach c|3=Verbergen}}
|2=Tipp zu Nr. 5|3=Verbergen}}
 
{{Lösung versteckt|1=zu a) Es gilt k=<math>\tfrac{2}{3}</math>.
zu b) Die Dreiecke sind ähnlich, also stimmen in drei Winkeln überein. Sie stimmen in zwei Seiten überein, allerdings ist die Reihenfolge der Seiten unterschiedlich  (a = b’;  b = c’).|2=Tipp zu Nr. 6}}
{{Lösung versteckt|1=Bestimme zunächst den Ähnlichkeitsfaktor k mit u und u'. Da der Umfang die Summe der Seitenlängen ist, gilt für den Ähnlichkeitsfaktor k = <math>\tfrac{u'}{u}</math>. Bestimme k (Zwischenergebnis: k=1,5). Damit kannst du nun die Längen des Dreiecks A'B'C' bestimmen.
Du kannst deine Rechnunge wieder mit GeoGebra prüfen:https://www.geogebra.org/classic/qbwddt9z|2=Tipp zu Nr. 7|3=Verbergen}}
{{Lösung versteckt|
{{Lösung versteckt|Erinnerst du dich an den Faktor, mit dem sich der Flächeninhalt bei der Vergrößerung der Seitenlängen mit der Zahl k? (Vgl. Übung 4 im Kapitel 1), scrolel noch einmal hoch.|Tipp 1 zu Nr. 8|Verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=Wenn die Seitenlängen mit dem Faktor k vergrößert werden, vergrößert sich der Flächeninhalt mit dem Faktor k². Also gilt
k²=4 I<math>\surd</math>
 
k = 2
 
Die Seitenlängen werden also jeweils verdoppelt.|2=Tipp 2 zu Nr. 8|3=Verbergen}}
{{Lösung versteckt|Mit GeoGebra kannst du deine Lösung überprüfen: https://www.geogebra.org/classic/gpghwvrm|Lösungskontrolle zu Nr. 8 (GeoGebra)|Verbergen}}|Tipps zu Nr. 8|Verbergen}}
 
 
===3) Strahlensätze===
 
In der Umwelt lassen viele Strecken sich nicht messen, wie z.B. die Höhe von Bäumen oder die Breite eines Sees. Hier hilft die Mathematik!
<div class="grid">
<div class="width-1-2">[[Datei:Einsteigsbeispiel Baumhöhe Schule.png|422x422px]]</div>
<div class="width-1-2">[[Datei:Einsteigsbeispiel Breite See.png]]</div>
</div>
 
Wir können mithilfe von Vergleichsstrecken jeweils die Breite bzw. Höhe bestimmen. Wie genau, das lernst du in diesem Kapitel. Wir werden verschiedene Messmethoden kennen lernen, zur "Schattenmethode" sollt ihr schon jetzt Aufgaben selbst zusammenstellen (natürliche ohne sie schon zu lösen):
 
{{Box|Aufgabensammlung Schattenmethode|Suche bei Sonnenschein ein Gebäude, einen Baum, eine Straßenlaterne, ein Windrad,... mit zugehörigem Schattenwurf und fotografiere den Gegenstand samt Schatten. Nun wird gemessen: Miss die Länge des Schattens des Gegenstandes und miss deine Körpergröße sowie die Länge deines eigenen Schattens. Das Foto samt der 3 gemessenen Längen lade im Gruppenordner Mathematik deiner Klasse hoch. Wir werden damit später berechnen, wie hoch das Gebäude, der Baum, die Laterne, das Windrad... ist. Die Aufgabe oben (Baumhöhe) und das Bild S. 103 Nr. 10 zeigen mögliche Situationen.|Lösung|Icon=hdg-smartphone03}}
 
 
Nun aber zunächst zu den nötigen mathematischen Fähigkeiten, die du zur Lösung der Aufgaben benötigst.
{{Box|1=Einstiegsbeispiel|2=Konstruiere die ähnlichen Dreiecke: ① a = 3cm; c = 5cm; β = 110° und ② a = 6cm; c = 10 cm; β = 110°.
a) Begründe, warum die Dreiecke ähnlich sind.
b) Bestimme den Streckungsfaktor k. Notiere verschiedene Möglichkeiten.
c) Bilde verschiedene Streckenverhältnisse <math>\tfrac{a}{b}</math>, <math>\tfrac{a'}{b'}</math>, <math>\tfrac{a'}{a}</math>  uws.
Was fällt dir auf?|3=Üben}}
[[Datei:Dreiecke Konstruktion Einstieg Strahlensätze 2.png]]
 
{{Lösung versteckt|1= Für die Streckenverhältnisse ergeben sich immer gleiche Werte:
 
<math>\tfrac{a}{b}</math>=<math>\tfrac{3}{6,7}</math> <math>\approx</math>0,45
 
<math>\tfrac{a'}{b'}</math>=<math>\tfrac{6}{13,4}</math> <math>\approx</math>0,45
 
<math>\tfrac{a}{c}</math>=<math>\tfrac{3}{5}</math> = 0,6
 
<math>\tfrac{a'}{c'}</math>=<math>\tfrac{6}{10}</math> = 0,6
 
<math>\tfrac{b}{c}</math>=<math>\tfrac{6,7}{5}</math> <math>\approx</math> 1,3
 
<math>\tfrac{b'}{c'}</math>=<math>\tfrac{13,4}{10}</math> <math>\approx</math> 1,3
 
<math>\tfrac{a'}{a}</math>=<math>\tfrac{6}{3}= 2</math> Erinnerung: Das ist der Streckungsfaktor k
 
<math>\tfrac{b'}{b}</math>=<math>\tfrac{13,4}{6,7}</math> = 2
 
<math>\tfrac{c'}{c}</math>=<math>\tfrac{10}{5}</math> = 2|2=Streckenverhältnisse|3=Verbergen}}
 
 
<div class="grid">
<div class="width-1-2">Diese Dreiecke "schieben" wir nun übereinander.
 
 
 
[[Datei:Dreiecke Konstruktion übereinander gelegt mit Maßen.png|602x602px]].</div>
<div class="width-1-2">Und wenn wir die Seiten jeweils mit Geraden ergänzen und die Beschriftungen anpassen, erhalten wir eine sogenannte <b>Strahlensatzfigur</b>. Sie besteht aus zwei Geraden, die von zwei Parallelen geschnitten werden. Es entstehen dabei unsere zwei kongruenten Dreiecke.
[[Datei:Strahlensatzfigur zu Beispieldreiecken.png]]</div>
</div>
Der Name "Strahlensatzfigur" wird gewählt, weil die Dreiecksseiten c und b bzw. c' und b' vom Punkt S aus gesehen zwei Strahlen (mit dem Anfangspunkt S) sind. Die parallelen Geraden g und g' sind die Verlängerungen der Seiten a bzw. a'. Die Strahlensätze machen Aussagen über die Streckenverhältnisse, die du oben für die zwei ähnlichen Dreieck aufgestellt hast. Die Bezeichnungen der Strecken ist dann entsprechend der Strahlensatzfigur, also c =<math>\overline{SA}</math> ; c' = <math>\overline{SA'}</math> usw. Die Streckenverhältnisse des Einsteigsbeispiels gelten demnach auch hier. Dies sind die <b>Strahlensätze</b>.
 
{{Box|1=Hefteintrag: Die Strahlensätze |2=Werden zwei sich schneidende Geraden von zwei parallelen Geraden geschnitten, entstehen zwei zueinander ähnliche Dreiecke SAB und SA'B'.
Die Seitenlängen  einander entsprechender Seiten stehen im gleichen Verhältnis zueinander.
[[Datei:Strahlensätze.png]]
Schreibe die Strahlensätze in dein Heft und zeichne auch die Strahlensatzfiguren|3=Arbeitsmethode}}
 
Der erste Strahlensatz mach also Aussagen über die Streckenverhältnisse von Strecken auf den Strahlen, der zweite Strahlensatz über die Streckenverhältnisse von Strecken auf den parallelen Geraden und den Strahlen.
 
{{Lösung versteckt|1=Die Streckenverhältnisse des ersten Strahlensatz heißen für unsere ähnlichen Dreiecke im Beispiel
 
<math>\tfrac{c'}{c}</math>=<math>\tfrac{b'}{b}</math>=k
 
Die Streckenverhältnisse des zweiten Strahlensatzes sind in unserem Beispiel entsprechend
 
<math>\tfrac{a'}{a}</math>=<math>\tfrac{c'}{c}</math>=k und <math>\tfrac{a'}{a}</math>=<math>\tfrac{b'}{b}</math>=k
|2=Erklärung am Einsteigsbeispiel|3=Verbergen}}
Zum besseren Verständnis noch einmal links die Erklärung und rechts einige Beispiele in Videos:
<div class="grid">
<div class="width-1-2">{{#ev:youtube|xcsKEsB0cqE|460|center}}</div>
<div class="width-1-2">{{#ev:youtube|ow1RXss_T4M|460|center}}</div>
</div>
<div class="grid">
<div class="width-1-2">{{#ev:youtube|iG8D5LpH2iw|460|center}}</div>
<div class="width-1-2">{{#ev:youtube|XmFLkHBJFy8|460|center}}</div>
</div><br />{{Box|Übung 1|Formuliere die Strahlensätze in der folgenden App.|Üben}}
{{LearningApp|app=pd9ma7p5j20|width=100%|heigth=800px}}


{{Box|Längen mit den Strahlensätzen berechnen: Beispiele|Um Längen mit den Strahlensätzen zu berechnen, gehen wir schrittweise vor. Übertrage die Beispiele in dein Heft.|Arbeitsmethode}}
[[Datei:Beispiele 1 und 2 Längen mit dem Strahlensatz berechnen.png]]


{{Box|Übung 2|Bearbeite Buch S. 99 Nr. 1 und 2,
S. 100 Nr. 3 und
S. 100 Nr. 7 a, b, d.
Notiere die Lösungsschritte ausführlich wie in den Beispielen.
|Üben}}
Du kannst eine Ergebnisse mithilfe des GeoGebra-Applets prüfen. Stelle dazu die Längen mit den Schiebereglern passend ein.


Um die Strecke <math>\overline{SB'}</math> einzustellen, nutze den Schieberegler für die Strecke <math>\overline{SB}</math> (oder bei Nr. 3 auch Schieberegler für die Strecke <math>\overline{SA}</math>) und verändere diese Länge so lange, bis der passende Wert für die Länge von <math>\overline{SB'}</math> erscheint.


Die Figur sieht teils anders aus, als die Abbildungen im Buch, entscheidend sind aber nur die Streckenverhältnisse.
<ggb_applet id="ktgvdhq4" width="800" height="610"></ggb_applet>


{{Box|Die Strahlensätze für die x-Figur|Bisher haben wir nur Strahlensatzfiguren betrachtet, bei denen beide ähnlichen Dreiecke auf einer Seite vom Punkt S lagen. Bewege die roten Punkte beim folgenden GeoGebra-Applet und erkläre, wie sich die Strahlensatzfigur ändert. Welche Strecken entsprechen sich nun?|Arbeitsmethode}}
<ggb_applet id="CQafknDF" width="800" height="610"></ggb_applet>


{{Box|Übung 3|Löse Buch S. 100 Nr. 4 und 7c. Kontrolliere deine Ergebnisse mit GeoGebra.|Üben}}





Aktuelle Version vom 7. Mai 2020, 16:58 Uhr

SEITE IM AUFBAU!!

Vorwissen zum Thema Ähnlichkeit

Wo stehst du? Teste dein Vorwissen!
Du kannst Übungen im Buch Übungen online
-Zahlen runden S. 90 Nr. 1

-Brüche ohne Taschenrechner multiplizieren S. 90 Nr. 2

-Winkel berechnen S.90 Nr. 3

-Größen umwandeln S. 90 Nr. 4

-Umfang und Flächeninhalt von Figuren berechnen S.90 Nr. 5

-Gleichungen und Formeln umstellen S. 90 Nr. 6,7

-Dreiecke konstruieren S. 90 Nr. 8

Vergleiche deine Lösungen mit den Lösungen hinten im Buch!


Ähnlichkeit - Beispiel aus dem Alltag

Dieses Foto ist das Original. Die nachfolgenden Fotos sind ähnlich, aber nur ein Bild zeigt eine maßstabsgetreue Vergrößerung oder Verkleinerung. Welches Bild ist maßstabsgetreu vergrößert bzw. verkleinert?Begründe deine Antwort!
Bild von utroja0 auf Pixabay


Ice-cream-4215315 1920 gestreckt.jpg
Ice-cream-4215315 1920 .jpg
Ice-cream-4215315 1920 gestaucht.jpg


Das nachfolgende GeoGebra-Applet zeigt zwei Dreiecke, die im geometrischen Sinn ähnlich sind. Bewege die Punkte B und C und beobachte die Größe der Innenwinkel.

GeoGebra


Kreuze die richtige Aussage an. (!Wenn man den Punkt C verschiebt, ändern sich nur beim rechten Dreieck die Winkel.) (!Ähnliche Dreiecke haben immer parallele Seiten) (Die Winkel in beiden Dreiecken sind immer gleich groß.) (!Genau ein Winkel in beiden Dreiecken ist gleich groß.)


Und nun untersuche die Seitenlängen der Dreiecke:

GeoGebra


1) Vergrößern und Verkleinern

Ein Zeichengerät zum Vergrößern bzw. Verkleinern von Figuren ist der Pantograph. Er wurde früher zum Verkleinern oder Vergrößern von Plänen oder Karten genutzt. Im nachfolgenden Applet kannst du dieses Gerät ausprobieren.

Klicke in das Feld 1 und wähle "Spur ein". Dann ziehe am blauen Punkt. Was passiert?

Kannst du mit dem Feld 2 herausfinden, mit welchem Faktor vergrößert wird?

GeoGebra


Das folgende Geogebra-Applet zeigt den Buchstaben T. Verändere die Größe des rechten Buchstaben mithilfe des Schiebereglers.

GeoGebra

Welche Bedeutung hat der Schieberegler?


Vergrößern und Verkleinern
Ziehe die richtigen Lösungen in die Lücken und schreibe dann den Merksatz in dein Heft ab.

Beim Vergrößern oder Verkleinern einer Figur werden alle Streckenlängen mit demselben Faktor k multipliziert. Dabei ist k immer eine positive Zahl.

Für k > 1 wird die Figur vergrößert.

Für k < 1 wird die Figur verkleinert.

Für die Streckenlängen gilt a' = k∙a, also gilt k = .


Übung 1: Vergrößern und Verkleinern
Zeichne die Buchstaben H oder L in dein Heft, vergrößere und verkleinere das Original und gib den  Faktor k an.
Schau ins Buch S. 92 oben, dort findest du Beispiele für den Buchstaben L.


Übung 2: Rechtecke vergrößern und verkleinern
Lies im Buch S. 92 unten Beispiel a). Bearbeite danach S. 93 Nr. 1, 2, 3 und 4.

Seitenlänge des Originals: a=7cm Seitenlänge des vergrößerten Bildes: a=10,5cm Erinnerung: k = =..., denn a'=k∙a

Für die Breite des vergrößerten Bildes gilt: b'=k∙b=...

GeoGebra

Erinnerung: k = ==... (Kürze!)

Für die Breite des vergrößerten Bildes gilt: b'=k∙b=...Setze k ein und berechne.


Übung 3: Vielecke vergrößern
Lies im Buch S. 93 oben Beispiel b). Bearbeite danach S. 94 Nr. 6 und 7
S.94 Nr. 6.png
S. 94 Nr. 7 Lösung.png
Übung 4: Wie ändert sich der Flächeninhalt beim Vergrößern und Verkleinern?

Bearbeite S. 94 Nr. 11. Das nachfolgende GeoGebra-Applet hilft dabei.

a) Vergrößere das Rechteck mit dem Faktor k (Schieberegler). Wie ändert sich der Flächeninhalt? Notiere in einer Tabelle, wie auf S.94 Nr. 11a) dargestellt. (Lies die Tabelle spaltenweise.)
GeoGebra

Beim Vergrößer bzw. verkleinern eines Rechtecks ändert sich der Flächeninhalt mit dem Quadrat des Vergrößerunsfaktors k. Also A' = k²· A.

A = a · b , vergrößere/verkleinere das Rechteck mit dem Faktor k, also a'=k·a und b'=k·b, dann gilt

A’ = a’ · b’ = k·a · k·b = k² · a · b = k² · A


Übung 5: Der Kopierer
Wende dein Wissen aus Übung 4 an und löse S. 95 Nr. 18.

Nutze auch hier das GeoGebra-Applet. Stelle k=71%=0,71 und danach k=141%=1,41 ein. Wie ändert sich der Flächeninhalt?

GeoGebra

Wenn k =71% ist, dann wird die Fläche halbiert: f = 0,5.

Wenn k=141% ist, dann wird die Fläche verdoppelt: f = 2.

Erklärung:

A'=k²∙A=0,71²∙A 0,5∙A, denn 0,71²=0,50410,5.

A'=k²∙A=1,41²∙A 2∙A, denn 1,41²=1,98812.

Tipp zu b): Bestimme zunächst den Vergrößerungsfaktor k für die Seitenlängen mit k==a':a

29,7 : 25,8 = 1,15 = 115 %, 21 : 19 = 1,10 = 110 %.

Damit alles auf der Seite abgebildet wird, sollte der Kopierer also auf 110 % gestellt werden.


Übung 6: Wie verändert sich das Volumen beim Vergrößern und Verkleinern?
Bearbeite S.94 Nr.12. Das nachfolgende GeoGebra-Applet hilft dir dabei.

Das GeoGebra-Applet zeigt einen Quader mit a=3cm; b=2cm und c=1cm. Vergrößere die Seitenlängen mit dem Faktor k (Schieberegler). Wie verändert sich das Volumen des Quaders? Notiere V1=6cm³; V2 = 48cm³ = ____ ∙V1; V3 = ... = ____∙V1; usw. Was fällt dir auf?

GeoGebra

1=Vergrößert man die Kantenlängen des Quaders mit k, so vergrößert sich das Volumen des Quaders mit k³. Also V' = k³· V.

V = a · b · c , vergrößere/verkleinere die Kantenlängen mit dem Faktor k, also a'=k·a und b'=k·b, c=k·c' dann gilt

V’ = a’· b’· c’= k·a · k·b · k·c = k³ · a · b · c = k³ · V



2) Ähnliche Figuren

Schreibe den Merksatz in dein Heft:


Ähnliche Figuren

Wird eine Figur maßstäbliches vergrößert oder verkleinert, heißen die Figuren zueinander ähnlich.

Dabei müssen zwei Bedingungen gelten:

-      Alle Winkel sind gleich groß.

-      Alle Strecken müssen im gleichen Maßstab vergrößert bzw. verkleinert sein.


Übung 1
Welche Dreiecke sind ähnlich? Öffne das GeoGebra-Applet und gib die richtige Antwort ein.
GeoGebra



Aufgabe 2
Sucht in eurer Umgebung im geometrischen Sinn ähnliche Figuren, macht ein Foto und ladet es im Gruppenorder Mathematik hoch.


Beispiel: Ähnliche Dreiecke konstruieren
Konstruiere das Dreieck ABC mit a=4cm; b=5cm und c=6cm. Konstruiere dann das dazu ähnliche Dreieck A'B'C' mit a'=6cm.

1. Schritt: Konstruiere das Dreieck ABC mit a=4cm; b=5cm und c=6cm. Erinnerung: Kongruenzsatz SSS In der nachfolgenden App sind die Schritte zur Konstruktion dargestellt, du musst sie in die richtige Reihenfolge bringen. Übertrage danach die Konstruktion in dein Heft.

Das verlinkte GeoGebra-Datei zeigt die die Konstruktion mit den Kongruenzsatz SSS noch einmal Schritt für Schritt: https://www.geogebra.org/m/CCQrYPXZ

2. Schritt: Berechne den Vergrößerungsfaktor k und damit dann b' und c'.

k===1,5; also gilt =1,5

=1,5

b'=1,5·5

b'=7,5 [cm];

ebenso gilt c'=1,5·c = 1,5·6 = 9[cm]

3. Schritt: Konstruiere das Dreieck A'B'C' (Konstruktion mit SSS wie oben).

Dreieck A'B'C'.png

Hefteintrag zum Beispiel.png


Übung 3: Ähnliche Dreiecke - Berechnungen
Löse zunächst die folgende LearningApp und mit derselben ausführlichen Schreibweise S. 97 Nr. 2. Kontrolliere deine Ergebnisse mit dem nachfolgenden GeoGebra-Applet.


Prüfe deine Lösungen zu S. 97 Nr. 2: Stelle k so ein, dass die jeweiligen Seitenlängen zur Aufgabe passen. Dann lies k und die fehlenden Seitenlängen ab.

GeoGebra


Übung 4: Konstruktion ähnlicher Dreiecke

Löse schrittweise (wie im Beispiel oben) S. 97 Nr. 1 a), d) und S. 97 Nr. 3.

Prüfe deine Lösungen mit dem zugehörigen GeoGebra-Applet.

k===2; also gilt

=2

=2

b'=2·5

b'=10 [cm];

ebenso gilt c'=2·c = 2·6 = 10[cm]

k===1,2; also gilt

=1,2

=1,2

a'=1,2·4

a'=4,8 [cm];

ebenso gilt c'=1,2·c = 1,2·6 = 7,2[cm]

Prüfe deine Lösung von S. 97 Nr. 1 a,d:

GeoGebra

Prüfe deine Lösung von S. 97 Nr. 3

GeoGebra


Übung 5: Vermischte Übungen
Löse S. 97 Nr. 4, 5, 6, 7 und 8 im Heft.
Berechne jeweils das Verhältnis der Bildstreckenlängen zu den Originallängen. Es muss immer gleich sein, wenn die Dreiecke ähnlich sind (nämlich k). Gilt ==
Bestimme zunächst den Ähnlichkeitsfaktor k=, denn nur von diesen beiden Seiten kennst du die Bild- und Originalstreckenlänge. Dann kannst du die fehlenden Längen von b' und c durch Umstellen der Formel k= nach b' und k= nach c berechnen.

Umstellen der Formel nach b' k= I∙b

also gilt k∙b = b' (einsetzen und ausrechen)

Umstellen der Formel c k= I∙c

k∙c = c' I:k

c = (einsetzen und ausrechnen)

zu a) Es gilt k=.

zu b) Die Dreiecke sind ähnlich, also stimmen in drei Winkeln überein. Sie stimmen in zwei Seiten überein, allerdings ist die Reihenfolge der Seiten unterschiedlich (a = b’; b = c’).

Bestimme zunächst den Ähnlichkeitsfaktor k mit u und u'. Da der Umfang die Summe der Seitenlängen ist, gilt für den Ähnlichkeitsfaktor k = . Bestimme k (Zwischenergebnis: k=1,5). Damit kannst du nun die Längen des Dreiecks A'B'C' bestimmen.

Du kannst deine Rechnunge wieder mit GeoGebra prüfen:https://www.geogebra.org/classic/qbwddt9z
Erinnerst du dich an den Faktor, mit dem sich der Flächeninhalt bei der Vergrößerung der Seitenlängen mit der Zahl k? (Vgl. Übung 4 im Kapitel 1), scrolel noch einmal hoch.

Wenn die Seitenlängen mit dem Faktor k vergrößert werden, vergrößert sich der Flächeninhalt mit dem Faktor k². Also gilt k²=4 I

k = 2

Die Seitenlängen werden also jeweils verdoppelt.
Mit GeoGebra kannst du deine Lösung überprüfen: https://www.geogebra.org/classic/gpghwvrm


3) Strahlensätze

In der Umwelt lassen viele Strecken sich nicht messen, wie z.B. die Höhe von Bäumen oder die Breite eines Sees. Hier hilft die Mathematik!

Einsteigsbeispiel Baumhöhe Schule.png
Einsteigsbeispiel Breite See.png

Wir können mithilfe von Vergleichsstrecken jeweils die Breite bzw. Höhe bestimmen. Wie genau, das lernst du in diesem Kapitel. Wir werden verschiedene Messmethoden kennen lernen, zur "Schattenmethode" sollt ihr schon jetzt Aufgaben selbst zusammenstellen (natürliche ohne sie schon zu lösen):


Aufgabensammlung Schattenmethode
Suche bei Sonnenschein ein Gebäude, einen Baum, eine Straßenlaterne, ein Windrad,... mit zugehörigem Schattenwurf und fotografiere den Gegenstand samt Schatten. Nun wird gemessen: Miss die Länge des Schattens des Gegenstandes und miss deine Körpergröße sowie die Länge deines eigenen Schattens. Das Foto samt der 3 gemessenen Längen lade im Gruppenordner Mathematik deiner Klasse hoch. Wir werden damit später berechnen, wie hoch das Gebäude, der Baum, die Laterne, das Windrad... ist. Die Aufgabe oben (Baumhöhe) und das Bild S. 103 Nr. 10 zeigen mögliche Situationen.


Nun aber zunächst zu den nötigen mathematischen Fähigkeiten, die du zur Lösung der Aufgaben benötigst.

Einstiegsbeispiel

Konstruiere die ähnlichen Dreiecke: ① a = 3cm; c = 5cm; β = 110° und ② a = 6cm; c = 10 cm; β = 110°. a) Begründe, warum die Dreiecke ähnlich sind. b) Bestimme den Streckungsfaktor k. Notiere verschiedene Möglichkeiten. c) Bilde verschiedene Streckenverhältnisse , , uws.

Was fällt dir auf?

Datei:Dreiecke Konstruktion Einstieg Strahlensätze 2.png

Für die Streckenverhältnisse ergeben sich immer gleiche Werte:

= 0,45

= 0,45

= = 0,6

= = 0,6

= 1,3

= 1,3

= Erinnerung: Das ist der Streckungsfaktor k

= = 2

= = 2


Diese Dreiecke "schieben" wir nun übereinander.


Datei:Dreiecke Konstruktion übereinander gelegt mit Maßen.png.
Und wenn wir die Seiten jeweils mit Geraden ergänzen und die Beschriftungen anpassen, erhalten wir eine sogenannte Strahlensatzfigur. Sie besteht aus zwei Geraden, die von zwei Parallelen geschnitten werden. Es entstehen dabei unsere zwei kongruenten Dreiecke. Strahlensatzfigur zu Beispieldreiecken.png

Der Name "Strahlensatzfigur" wird gewählt, weil die Dreiecksseiten c und b bzw. c' und b' vom Punkt S aus gesehen zwei Strahlen (mit dem Anfangspunkt S) sind. Die parallelen Geraden g und g' sind die Verlängerungen der Seiten a bzw. a'. Die Strahlensätze machen Aussagen über die Streckenverhältnisse, die du oben für die zwei ähnlichen Dreieck aufgestellt hast. Die Bezeichnungen der Strecken ist dann entsprechend der Strahlensatzfigur, also c = ; c' = usw. Die Streckenverhältnisse des Einsteigsbeispiels gelten demnach auch hier. Dies sind die Strahlensätze.


Hefteintrag: Die Strahlensätze

Werden zwei sich schneidende Geraden von zwei parallelen Geraden geschnitten, entstehen zwei zueinander ähnliche Dreiecke SAB und SA'B'. Die Seitenlängen einander entsprechender Seiten stehen im gleichen Verhältnis zueinander. Strahlensätze.png

Schreibe die Strahlensätze in dein Heft und zeichne auch die Strahlensatzfiguren

Der erste Strahlensatz mach also Aussagen über die Streckenverhältnisse von Strecken auf den Strahlen, der zweite Strahlensatz über die Streckenverhältnisse von Strecken auf den parallelen Geraden und den Strahlen.

Die Streckenverhältnisse des ersten Strahlensatz heißen für unsere ähnlichen Dreiecke im Beispiel

==k

Die Streckenverhältnisse des zweiten Strahlensatzes sind in unserem Beispiel entsprechend

==k und ==k

Zum besseren Verständnis noch einmal links die Erklärung und rechts einige Beispiele in Videos:


Übung 1
Formuliere die Strahlensätze in der folgenden App.


Längen mit den Strahlensätzen berechnen: Beispiele
Um Längen mit den Strahlensätzen zu berechnen, gehen wir schrittweise vor. Übertrage die Beispiele in dein Heft.

Beispiele 1 und 2 Längen mit dem Strahlensatz berechnen.png


Übung 2

Bearbeite Buch S. 99 Nr. 1 und 2, S. 100 Nr. 3 und S. 100 Nr. 7 a, b, d. Notiere die Lösungsschritte ausführlich wie in den Beispielen.

Du kannst eine Ergebnisse mithilfe des GeoGebra-Applets prüfen. Stelle dazu die Längen mit den Schiebereglern passend ein.

Um die Strecke einzustellen, nutze den Schieberegler für die Strecke (oder bei Nr. 3 auch Schieberegler für die Strecke ) und verändere diese Länge so lange, bis der passende Wert für die Länge von erscheint.

Die Figur sieht teils anders aus, als die Abbildungen im Buch, entscheidend sind aber nur die Streckenverhältnisse.

GeoGebra


Die Strahlensätze für die x-Figur
Bisher haben wir nur Strahlensatzfiguren betrachtet, bei denen beide ähnlichen Dreiecke auf einer Seite vom Punkt S lagen. Bewege die roten Punkte beim folgenden GeoGebra-Applet und erkläre, wie sich die Strahlensatzfigur ändert. Welche Strecken entsprechen sich nun?
GeoGebra


Übung 3
Löse Buch S. 100 Nr. 4 und 7c. Kontrolliere deine Ergebnisse mit GeoGebra.