Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt 14 1. Semester ARBEITSBLATT 14 DIE MERKWÜRDIGEN PUNKTE DES DREIECKS 1) Der Höhenschnittpunkt Definition: Unter einer Höhe versteht man eine Normale auf eine Seite zum gegenüberliegenden Eckpunkt. Die Höhe hc steht also normal auf die Seite c und geht zum Eckpunkt C. Die Höhe hb steht also normal auf die Seite b und geht zum Eckpunkt B. Die Höhe ha steht also normal auf die Seite a und geht zum Eckpunkt A. Definition: Die drei Höhen eines Dreiecks schneiden sich stets in einem Punkt, welchen man als den Höhenschnittpunkt (H) bezeichnet. Ein besonderes Problem ergibt sich bei der Konstruktion der Höhen eines stumpfwinkeligen Dreiecks (Ein Winkel ist größer als 90°). 1 Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt 14 1. Semester Wir erkennen, dass sich bei der Konstruktion der Höhe ha das Problem ergibt, dass die Seite a zu kurz ist. Folglich müssen wir die Seite a wie benötigt verlängern. Die Länge der Höhe ha ergibt sich durch die Distanz des Punktes A vom Schnittpunkt der Höhe ha mit der Seite a. Entsprechendes gilt auch für die Höhe hb. Wenn wir aber den Höhenschnittpunkt haben wollen, so müssen wir auch noch die Höhen verlängern. Übungen: Übungsblatt 14; Aufgabe 240 2) Der Schwerpunkt: Definition: Der Schwerpunkt ist der Schnittpunkt der Schwerlinien. Eine Schwerlinie geht vom Halbierungspunkt einer Seite zum gegenüberliegenden Eckpunkt. Alle drei Schwerlinien eines Dreiecks schneiden sich stets in einem Punkt. Den Halbierungspunkt einer Seite wollen wir aber nicht einfach ausrechnen und abmessen, sondern konstruieren: A B Wir suchen einen Punkt, der von A gleich weit weg ist wie von B. Wir stechen also in A mit dem Zirkel ein, stellen den Zirkel auf eine Größe über die Hälfte der Strecke AB ein und ziehen einen Teilkreis. A B Auf diesem Kreis liegen nun alle Punkte, die von A den Abstand unseres Radius haben. Wir brauchen nun jenen Punkt auf dem Kreis, der auch von B genau diesen Radius entfernt ist. Dazu verändern wir die Größe des Radius nicht, stechen in B ein und schlagen ab. 2 Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt 14 1. Semester S A B Der erhaltene Schnittpunkt S ist gleich weit von A als auch B entfernt. Mit anderen Radien könnten wir uns beliebig viele solcher Punkte konstruieren. Logischerweise (Überlege!!) müssen aber alle diese Punkte auf einer Normalen auf die Strecke AB liegen. S A HAB B sAB Auf dieser Geraden (sAB bezeichnet) liegen folglich alle Punkte, die von A und B gleich weit weg sind. Man nennt eine derartige Gerade eine Streckensymmetrale. Den Schnittpunkt der Streckensymmetrale mit der entsprechenden Strecke nennt man den Halbierungspunkt ( HAB bezeichnet) der Strecke. Definition: Eine Streckensymmetrale ist die Menge aller Punkte, die zu den Endpunkten der Strecke gleichen Abstand haben. Der Halbierungspunkt einer Strecke ist jener Punkt auf der Strecke, der von den beiden Endpunkten der Strecke gleichen Abstand hat. Nun konstruieren wir bei einem gegebenen Dreieck den Schwerpunkt. Für die Schwerlinie auf die Seite c benötigen wir zunächst den Halbierungspunkt der Strecke; also Zirkel größer als die Hälfte der Seite c einstellen, in A einstechen, einen Teilkreis ziehen, in B einstechen und abschlagen. Nun das Geodreieck normal auf die Seite c anlegen und eine Normale auf c durch den Schnittpunkt der Kreise ziehen. Der Schnittpunkt dieser Normalen mit unserer Seite c ist der gesuchte Halbierungspunkt. 3 Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt 14 1. Semester C sc A HAB B mit dem Verbindungslinie des Halbierungspunktes HAB gegenüberliegenden Eckpunkt C ist die Schwerlinie auf C (sc abgekürzt). Nun konstruieren wir die Schwerlinie einer anderen Seite, z.B auf b. Die C Die dritte Schwerlinie müssen wir nicht unbedingt konstruieren, da sie ja durch den Schnittpunkt der ersten beiden Schwerlinien gehen muss. Der Schnittpunkt der Schwerlinien ist der Schwerpunkt. Übungen: Übungsblatt 14; Aufgabe 241 3) Der Umkreismittelpunkt Definition: Der Umkreis ist ein Kreis der durch alle drei Eckpunkte eines Dreiecks geht. Den Mittelpunkt dieses Kreises nennt man den Umkreismittelpunkt, welcher der Schnittpunkt der Streckensymmetralen ist. Wir konstruieren nun also den Umkreis: Wir konstruieren zunächst einmal die Streckensymmetrale auf die Seite c. Wie bereits beim Schwerpunkt erklärt: Zirkel einstellen in A einstechen und Teilkreis ziehen, in B einstechen und abschlagen. Die Normale auf die Seite c durch den 4 Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt 14 1. Semester Schnittpunkt der beiden Kreise ist die Streckensymmetrale auf AB (sAB bezeichnet) C sAB B A Nun konstruieren wir noch die Streckensymmetrale auf die Seiten a und b (Eine würde genügen, da sich wieder alle drei Geraden in einem Punkt schneiden). Der gemeinsame Schnittpunkt aller drei Streckensymmetralen ist der Umkreismittelpunkt (U). Somit können wir auch den Umkreis einzeichnen: In U einstechen und den Zirkel bis zu einem beliebigen Eckpunkt von der Größe einstellen. Übungen: Übungsblatt 14; Aufgabe 242 5 Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang 4) Arbeitsblatt 14 1. Semester Der Inkreismittelpunkt Unter dem Inkreis eines Kreises versteht man einen Kreis, der alle drei Seiten berührt, sie aber nicht schneidet. Ein Inkreis soll also folgendermaßen aussehen: C A B Definition: Unter einem Inkreis versteht man einen Kreis, der alle drei Seiten des Dreiecks berührt. Den Mittelpunkt dieses Dreiecks nennt man den Inkreismittelpunkt(I), welcher sich als der Schnittpunkt der Winkelsymmetralen ergibt. Zunächst müssen wir uns einmal klar machen, was eine Winkelsymmetrale ist und wie man sie konstruiert. Definition: Eine Winkelsymmetrale ist eine Gerade, die einen gegebenen Winkel halbiert. Nun überlegen wir uns, wie wir diese konstruieren können: Jede Winkelhalbierende muss natürlich durch den Scheitel des Winkels gehen. Was wir also noch benötigen ist ein zweiter Punkt der Winkelsymmetrale. Dies muß ein Punkt sein der von beiden Schenkeln des Winkels gleichen Normalabstand hat. Um diesen zu konstruieren, stechen wir mit dem Zirkel im Scheitel des Punktes ein und ziehen einen derartigen Teilkreis so, dass beide Schenkel geschnitten werden. S2 S1 Nun stechen wir im ersten Schnittpunkt (S1 bezeichnet) ein, zeichnen einen Teilkreis, verstellen den Zirkel nicht, stechen in S2 ein und schlagen ab. 6 Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt 14 1. Semester Der erhaltene Schnittpunkt muss folglich gleich weit von den beiden Schenkeln entfernt sein, also ein Punkt der Winkelsymmetrale sein. Folglich ist eine Gerade durch diesen Punkt und dem Scheitel die Winkelsymmetrale w. S1 w S2 Wollen wir also den Inkreismittelpunkt konstruieren, so müssen wir die Winkelhalbierende zweier Winkel konstruieren. Ihr Schnittpunkt ist der Inkreismittelpunkt (Die dritte Winkelsymmetrale geht natürlich ebenfalls durch den Inkreismittelpunkt). Um den Inkreis aber nun einzeichnen zu können, benötigen wir noch eine Information: Merke: Eine berührende Gerade steht immer im rechten Winkel auf den Radius zum Berührpunkt. Dies bedeutet, dass wir z.B. von der Seite b aus eine Linie im rechten Winkel zum Inkreismittelpunkt zeichnen. Die Länge dieser Strecke ist der Radius des Inkreises (r bezeichnet). Übungen: Übungsblatt 14; Aufgabe 243 7 Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang 5) Arbeitsblatt 14 1. Semester Die EULER´sche Gerade Satz: Höhenschnittpunkt, Schwerpunkt und Umkreismittelpunkt eines Dreiecks liegen immer auf einer Geraden; diese nennt man die Euler´sche Gerade. Übungen: Übungsblatt 14; Aufgabe 244 Der Maßstab Viele Figuren oder Pläne wie dieser Wohnungsplan oben können nicht direkt gezeichnet werden, da die Längenangaben zu groß sind. Man hilft sich ab, indem man die tatsächlichen Größen so verkleinert, dass eine Zeichnung möglich ist. Das Ausmaß der Verkleinerung muss aber immer angegeben sein, da man ja von den messbaren Zeichnungsgrößen umgekehrt wieder auf die realen Größen zurückrechnen können muss. Das Maß der Verkleinerung nennt man den Maßstab. 8 Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt 14 1. Semester In unserem obigen Beispiel ist der Maßstab 1: 100. Dies bedeutet, dass 1 cm auf dem Plan 100 cm in der Wirklichkeit entsprechen. Messen wir also auf der Zeichnung eine Länge, so müssen wir sie mit 100 multiplizieren, um die tatsächliche Länge zu wissen. Umgekehrt müssen wir eine tatsächliche Länge durch 100 dividieren, um sie am Plan einzeichnen zu können. ⋅ 100 PLAN WIRKLICHKEIT : 100 Beispiel: Ein Plan hat den Maßstab 1: 50. Eine Linie misst 5 cm. Wie lang ist diese Strecke real? Lösung: 5 ⋅ 50 = 250cm = 2,5m Übungen: Übungsblatt 14; Aufgaben 245 - 248 9