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Wer hat Spaß an kniffligen Problemen?



Problem des Monats November 2004 mit Lösung
Flächen im Trapez
TrapezIn einem Trapez ist der Flächeninhalt von Dreieck ABE A= 13,5 cm2 und von Dreieck CDE A2 = 1,5 cm2.

Welchen Flächeninhalt haben die Dreiecke AED und BCE?

Wie groß ist der Flächeninhalt A des Trapezes?

Wie lässt sich allgemein A aus A1 und A2 berechnen?

Lösung

Dreieck ABE ist neunmal so groß wie Dreieck CDE. Dreieck ABE ist ferner eine maßstäbliche Vergrößerung von Dreieck CDE; das wird deutlich, wenn wir DrTrapez2eieck CDE um E halbdrehen. Der Vergrößerungsfaktor wir nennen ihn l (Lambda; griechisch) ist für alle Längen 3. (Falls Sie  Netscape verwenden, sehen Sie statt des Lamda ein kleines l. Verlassen Sie dann ausnahmsweise Ihren Lieblingsbrowser, weil Sie sonst nicht l und 1 unterscheiden können.)
Tatsächlich ergibt eine dreifache Grundseite und eine dreifache Höhe einen neunfachen Flächeninhalt des Dreiecks. Man sagt auch: Die Dreiecke ABE und CDE sind
ähnlich. Für ähnliche Figuren gilt: Ihre Flächeninhalte verhalten sich wie die QuadrateTrapez3 gleichliegender Längen.
Es sei nun x die Länge der Strecke DC, y die Höhe von Dreieck CDE. Dann hat AB die Länge 3x, und die Höhe von Dreieck ABE ist 3y. Die Höhe des Trapezes ist somit 4y, und nach der Formel für den Flächeninhalt A des Trapezes ergibt sich

2 A = (3x + x)·4yäqu.2 A = 16xy.

Da

 xy = 2 A2 = 3 cm2

ist, folgt

2 A = 16·2 A2, also A = 24 cm2.

Die beiden Dreiecke AED und BCE sind flächengleich, da sie sich durch das Dreieck CDE zu zwei Dreiecken mit derselben Grundseite CD und der gleichen Höhe, nämlich der Trapezhöhe, ergänzen lassen. Ihre Fläche hat demnach die Größe

A3 = (AA1 A2):2 = (24 – 15):2 cm2 = 4,5 cm2.

 Für den allgemeinen Fall brauchen wir nur den Vergrößerungsfaktor l einzuführen; für ihn gilt:

l2 = A1: A2.

Dann ist wieder nach der Inhaltsformel für das Trapez:

2 A = (x + lx)(y + l y) = (1 + l)2xy = (1 + l)2 ·2A2 und
A
= (1 +
l)2 A2.

Und für den Flächenteil A3 finden wir:

2 A3 = A (A1 + A2) = (1 + l)2A2 – (l2 A2 + A2) = ((1 + l)2 – (1 + l2))A2 = 2l A2. Also
A3 = A4 = lA2­
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