Körper zum Selberbauen – Polydron

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Mathematik zum Anfassen – Polydron
Puntigam Manfred
Körper zum Selberbauen – Polydron
Was versteht man unter Polydron?
Polydron ist ein von Edward Harvey erfundenes intelligentes Spielzeug, mit dem man verschiedene
geometrische Figuren bauen kann. Es ist seit 40 Jahren bekannt und erfreut sich nicht nur in
Großbritannien zunehmender Beliebtheit.
Polydron ist speziell dafür ausgerichtet den modernen Geometrie Unterricht für Schüler als auch
für die Lehrer interessanter und vor allem anschaulicher zu machen.
Die Geometrie der Elemente; Wir bauen die Elemente
Die platonischen Körper waren schon den Griechen bekannt. Ihre Namen gehen auf griechische
Zahlenwörter zurück, die eine Beziehung zu den Anzahlen ihrer Flächen herstellen.Platon ordnete
den fünf platonischen Körpern Elemente zu;
Feuer
Tetraeder
Erde
Hexaeder
Würfel
Luft
Oktaeder
Wasser
Ikosaeder
Universum
Dodekaeder
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Mathematik zum Anfassen – Polydron
Puntigam Manfred
Didaktische Aufbereitung:
Wie oben beschrieben gibt es 5 platonische Körper. Um bei den Schülern Interesse zu wecken
könnte man zu Beginn der Präsentation etwas Spannendes über Platon und seine platonischen
Körper erzählen. Danach legt man verschiedene Netze aus und fragt welcher Körper zu
welchem Netz gehört. Wenn man nicht sicher ist kann man mit Hilfe von Polydron das Rätsel
lösen.
Zum Beispiel:
Zu welchem Element gehört dieses Netz?
1.
2.
3.
4.
5.
Feuer
Wasser
Erde
Luft
Universum
Bitte schreib die richtige Zahl auf!
Am Ende bekommen die Schüler die Möglichkeit die Zahlen die sie als Lösung herausbekommen haben (für jeden Körper eine) zusammen zu zählen. Die Lösung ergibt die
Richtige Antwort auf die Abschlussfrage:
Wie viele Ecken besitzt der Ikosaeder? (12)
Es wäre auch möglich zu den anderen 20 Ausstellungsstücken einfache Fragen zu stellen um
dann, nach der Ausstellung, eine Gesamtlösung zu bekommen. Sozusagen eine Schnitzeljagd.
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Puntigam Manfred
Basiswissen; Polyeder Was sind platonische Körper;
Polyeder sind Körper, die von Polygonen, also von Vielecken, wie Dreiecken, Vierecken,
Fünfecken usw. begrenzt sind.
Polyeder heißen konvex, wenn zu je zwei Punkten aus dem Innern des Polyeders auch die
Verbindungsstrecke zwischen diesen beiden Punkten ganz im Innern des Polyeders verläuft.
Definition: Reguläres Polyeder
Ein konvexes Polyeder heißt regulär, wenn alle Flächen zueinander kongruente, regelmäßige
Vielecke sind und in jeder Ecke gleich viele Vielecke zusammenstoßen.
Satz: Eulerscher Polyedersatz
Für ein konvexes Polyeder mit e Ecken, k Kanten und f Flächen gilt e-k+f=2
Gibt es außer den fünf platonischen Körpern noch weitere reguläre Polyeder?
Vereinbarung:
•
•
•
Ein Polyeder sei von regelmäßigen n-Ecken begrenzt, n ≥ 3
In jeder Ecke des Polyeders stoßen m Flächen zusammen m ≥ 3
Das Polyeder habe e Ecken, k Kanten und f Flächen.
Dann gilt:
 Das Polyeder besteht aus f Fläche. Jede Fläche ist ein n-Eck, hat also n Kanten. Wir
kommen also auf f ∙ n Kanten, haben dabei aber jede Kante bei zwei Flächen gezählt.
Also gilt: f ∙n = 2 ∙ k
 Das Polyeder hat e Ecken. In jeder Ecke stoßen m Kanten (von m Flächen) zusammen.
Wir kommen also auf e ∙ m Kanten, haben dabei aber jede Kante bei zwei Ecken
gezählt.
Also gilt: e ∙ m = 2 ∙ k
 Wir lösen diese beiden Gleichungen nach f bzw. e auf:
f ∙n = 2 ∙ k ↔ f = 2 ∙ k / n ;
e∙m=2∙k ↔ e= 2∙k/m
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Puntigam Manfred
 Diese Ausdrücke setzen wir in die Eulersche Polyederformel ein und bekommen die
Ungleichung:
1/m + 1/n > ½
Nun unter Verwendung dieser Ungleichung sieht man, dass für m und n nur ganz bestimmte
Werte in Frage kommen können:
m- Flächen pro Ecke
m = 3,
m = 3,
m = 3,
n-Eck
n=3
n=4
n=5
Tetraeder
Hexaeder (Würfel)
Dodekaeder
m = 4,
n=3
Oktaeder
m = 5,
n=3
Ikosaeder
Die fünf platonischen Körper sind also definitiv die einzigen relulären Polyeder!
Literaturverzeichnis:
Leitfaden Geometrie 3. Auflage
www.polydron.co.uk
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Zu welchen Elementen gehören diese Netze?
1. Feuer
2. Wasser
3. Erde
4. Luft
5. Universum
Antwort ist Nummer 4
1. Wasser
2. Erde
3. Luft
4. Universum
5. Feuer
Antwort ist Nummer 5
1. Erde
2. Luft
3. Universum
4. Feuer
5. Wasser
Antwort ist Nummer 3
Abschlussfrage: Wie viele Ecken besitzt der Ikosaeder?
(12)
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