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Geometrie mit Spaß lernen
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Strecken ohne Schrecken 9
Zentrische Streckung und Ähnlichkeit
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ab Jahrgangsstufe 9 ( erstellt 12. Februar 2007 ff., überarbeitet 19.04.2008) |
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Erinnerst du dich noch an Schneeweißchen und Rosenrot von Seite 3? Aber erst einmal Servus, heute möchte ich dir die "Ähnlichkeit" erklären. Du meinst das sei überflüssig, du weißt was "Ähnlichkeit" ist. Das sieht dir ähnlich, du schießt einmal wieder aus der Hüfte, triffst aber nicht. Pass auf, der Mathematiker versteht unter "Ähnlichkeit" etwas Anderes als der Rest der Welt. Du meinst, das sähe wiederum uns Mathematikern ähnlich, aus Selbstverständlichkeiten würden wir Probleme machen. Da stehen uns die Juristen aber nicht viel nach.
Scherz beiseite, hier geht es nicht darum, dass du deinem Vater ähnlich siehst, sondern darum, wann man zwei geometrische Figuren z.B. zwei Dreiecke ähnlich nennt. Aber lass uns doch noch einmal mit den Bildern von Schneeweißchen und Rosenrot unten experimentieren.
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Schneeweißchen |
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Rosenrot |
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Du erinnerst dich? Wenn du die Umschalttaste gedrückt hältst, kannst du die Bildgröße von Schneeweißchen und Rosenrot mit der Maus verändern. Gehe mit der Maus über eines der Bilder, halte die Umschalttaste gedrückt, und ziehe die Maus mit gedrückter Taste nach rechts. Wie verändern sich jeweils die Bilder?
Bei welchem Bild handelt es sich um eine maßstäbliche Vergrößerung (Verkleinerung), welches Bild wird bei der Größenänderung verzerrt? Wie kannst du eine Verzerrung erkennen?
Bist du fertig mit dem Experimentieren? Kannst du meine Fragen beantworten? Ja du hast recht, Schneeweißchen bleibt immer quadratisch, praktisch, gut. Rosenrot hingegen kann ziemlich breit grinsen oder ein langes Gesicht machen. Links das Quadrat bleibt immer ein Quadrat, rechts das Quadrat wird allermeistens ein Rechteck, außer du hast ein ganz ruhiges Händchen und ein gutes Auge. Links erfolgt die Änderung bei allen Strecken maßstabsgetreu, rechts eben nicht. Links handelt es sich um eine zentrische Streckung, rechts eben nicht. Die linken Bild-Klone sind einander ähnlich, die rechten eben nicht, mathematisch gesehen. Natürlich kann man Rosenrot immer noch erkennen. Mathematisch sind ihre Bild-Klone eben nicht ähnlich zueinander.
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Was bedeutet es nun, wenn zwei Figuren F und F' ähnlich sind? Schau dir unten mein Arbeitsblatt an. Auch das ist ein Arbeitsblatt, indem du die zeitliche Abfolge der Arbeitsschritte darstellen kannst. Es ist ein Arbeitsblatt mit Player. Du musst den Player auf Bild 1 stellen. Aber wenn Du zweimal auf "Abspielen" klickst, startet meine Freakshow auch.
Packe das Arbeistblatt mit der Maus an der roten Leiste und schiebe es nach links, so dass rechts der Platz für meine Plauderei frei wird. Klicke auf 1. usw!
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| Nr. 1 |
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Also was habe ich hier gemacht? Hier gibt es zwei Dreiecke, eben zwei Figuren, ein Dreieck ABC und ein Dreieck DEF. Das größere Dreieck DEF sieht wie eine maßstäbliche Vergrößerung des kleinen Dreiecks ABC aus. Aber wie könnte man diese Vermutung beweisen? Eine direkte zentrische Streckung ist nicht möglich.
Wenn du den Player zwei- oder dreimal abgespielt hast, wirst du wissen, was ich gemacht habe. Ich habe das Dreieck ABC um 90° gedreht und als Drehzentrum habe ich den Punkt A genommen.
Du erinnerst dich noch, eine Drehung ist eine Kongruenzabbildung, d.h. Dreieck ABC ist kongruent zum Bilddreieck A'B'C'.
Jetzt lässt sich das Dreieck ABC durch eine zentrische Streckung auf das Dreieck DEF abbilden.
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| Nr. 4 |
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Für den Nachweis der Ähnlichkeit benutzen wir die Eigenschaften der zentrischen Streckung:
Verhältnistreue
Winkeltreue
Verhältnistreue heißt, in ähnlichen Figuren stehen entsprechende Seitenlängen im gleichen Verhältnis.
Winkeltreue heißt, entsprechende Winkel haben gleiches Maß.
Was das alles für die Berechnung von Dreiecken bedeutet, erkläre ich Dir unter dem Arbeitsblatt. Du kannst es also wieder zurück schieben.
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| Nr. 3 |
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So und jetzt kommt die hochoffizielle Festlegung (Definition) was ein Mathematiker unter Ähnlichkeit versteht:
Zwei Figuren F und F' heißen ähnlich, wenn man sie durch zentrische Streckung (und vielleicht noch zusätzlich durch eine Kongruenzabbildung) aufeinander abbilden kann.
Man schreibt: F ~ F'
lies: Figur F ist ähnlich zu Figur F'
So und jetzt habe ich eine gute Nachricht, noch 'ne gute Nachricht und eine schlechte Nachricht für dich. Die schlechte Nachricht ist, du musst gelegentlich die Ähnlichkeit von Dreiecken nachweisen. Die gute Nachricht ist, du musst dazu keineswegs irgendwelche Abbildungen finden. Und die zweite gute Nachricht ist, dass die Ähnlichkeit von Dreiecken ein mächtiges Werkzeug ist.
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| Nr. 2 |
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Also noch einmal, ich habe das Dreieck ABC gedreht. Woher ich Drehwinkel und Drehzentrum wusste? Weil ich das Pferd von hinten aufgezäumt habe, Mathematiker machen das oft so. Mein Ergebnis stand fest, ich musste nur noch geeignete Dreiecke finden. Aber lassen wir das.
Dann habe ich nachgewiesen, dass sich das Dreieck ABC durch zentrische Streckung auf das Dreieck A'B'C' abbilden lässt. Wie ich das gemacht habe? Du hast es doch gesehen. Ich habe jeweils die Geraden durch die vermutlichen Urpunkte und Bildpunkte gezeichnet:
A'D; B'E und C'F
Sie schneiden sich alle in einem Punkt und das ist der Punkt Z. Ausnahmsweise darfst du den Streckungsfaktor einmal aus der Zeichnung herauslesen. Richtig k = 2
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Ich habe versprochen, dass die Ähnlichkeit ein mächtiges Werkzeug zur Berechnung von Dreiecken ist. Dazu muss ich dir das Werkzeug erst einmal vorstellen und dann können wir über die Einsatzmöglichkeiten reden.
Wenn du weißt, dass zwei Dreiecke ähnlich sind, dann kannst du aus den Winkeln und Streckenlängen im ersten Dreieck auf die Winkel und Streckenlängen im zweiten Dreieck schließen. Aber wie weißt du ob zwei Dreiecke ähnlich sind? Der Augenschein, die Vermutung reicht nicht aus. Wir machen uns klar, was die Winkeltreue und die Verhältnistreue bei ähnlichen Dreiecken bedeutet. Und das führt uns zu den Ähnlichkeitssätzen bei Dreiecken. Und danach frage ich dich, an was dich diese Ähnlichkeitssätze erinnern. |
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Ähnlichkeitssätze für Dreiecke |
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Dreiecke sind ähnlich, wenn sie in den Maßen von zwei Winkeln übereinstimmen.

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Dreiecke sind ähnlich, wenn sie im Verhältnis entsprechender Seitenlängen übereinstimmen.
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Dreiecke sind ähnlich, wenn sie im Verhältnis zweier Seitenlängen und dem Maß des Zwischenwinkels übereinstimmen.
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Dreiecke sind ähnlich, wenn sie im Verhältnis zweier Seitenlängen und dem Maß des Gegenwinkels der größeren der beiden Seiten übereinstimmen.
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Auf Seite 10 zeige ich dir dann in einigen Aufgaben wie man die Ähnlichkeitssätze als Werkzeug benutzt. |
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Diese Seite wurde zuletzt am
Dienstag 15 September, 2009 21:44
geändert.
© 2002 Wolfgang Appell
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