Selbstlerneinheit: Pythagoras

Satzgruppe des Pythagoras

Arbeite die Module nacheinander durch oder nutze die freie Übungsstation.

📐1. Satz des Pythagoras
🔄2. Die Umkehrung
📏3. Höhen- & Kathetensatz
🏢4. Anwendungen & Sachaufgaben
🏋️Übungsstation
🏁Abschlusstest (20 Aufg.)

Teil 1: Der Satz des Pythagoras

Hypotenuse c Kathete b Kathete a c² b² a²
Wissen: Satz des Pythagoras
In jedem rechtwinkligen Dreieck haben die Quadrate über den Katheten zusammen denselben Flächeninhalt wie das Quadrat über der Hypotenuse.
Ist der Winkel \(\gamma = 90^\circ\), so gilt die Formel:

\(a^2 + b^2 = c^2\)
💡 Begriffsklärung: Kathete und Hypotenuse

Die Hypotenuse ist immer die längste Seite. Sie liegt dem rechten Winkel genau gegenüber.
Die beiden Katheten sind die kürzeren Seiten. Sie bilden zusammen den rechten Winkel.

Beispiel 1: Hypotenuse berechnen

Gegeben: \(a = 8\text{ cm}\), \(b = 15\text{ cm}\), \(\gamma = 90^\circ\). Gesucht: \(c\)
Rechnung:
\(c^2 = a^2 + b^2\)
\(c^2 = (8)^2 + (15)^2\)
\(c^2 = 64 + 225 = 289 \quad |\sqrt{\quad}\)
\(c = \sqrt{289} = 17\text{ cm}\)

Achtung: Kathete gesucht! ⚠️
Gegeben: Hypotenuse \(a = 10\text{ cm}\), Kathete \(c = 6\text{ cm}\), rechter Winkel bei \(\alpha\).
Da \(a\) hier die Hypotenuse ist (gegenüber \(\alpha\)), lautet der Satz: \(b^2 + c^2 = a^2\)!
Umstellung: \(b^2 = a^2 - c^2 \implies b^2 = 100 - 36 = 64 \implies b = 8\text{ cm}\).

🧠 Einstiegs-Quiz: Gilt der Satz des Pythagoras?

Gelöst: 0

Prüfe das abgebildete Dreieck: Gilt hier der Satz des Pythagoras?
Falls ja, wähle anschließend den richtigen Zusammenhang für die erzeugten Seitennamen aus!

Schritt 1: Gilt der Satz des Pythagoras für dieses Dreieck?

Lückentext-Übung

In einem rechtwinkligen Dreieck nennt man die längste Seite . Sie liegt dem rechten Winkel stets . Der Satz des Pythagoras besagt, dass die Summe der über den Katheten genauso groß ist wie die Fläche über der Hypotenuse.

Selbsttest: Berechne die fehlende Seite

Trage nur die Maßzahl ein (ohne Einheit). Runde ggf. auf eine Nachkommastelle.

a) \(a=6,\; b=8,\; \gamma=90^\circ \implies c =\)
b) \(a=5,\; c=13,\; \gamma=90^\circ \implies b =\)
c) \(b=2.4,\; c=2.6,\; \alpha=90^\circ \implies a =\)
d) \(a=3,\; b=4,\; \gamma=90^\circ \implies c =\)
Selbsteinschätzung: Kann ich Seitenlängen im Dreieck berechnen?

Teil 2: Umkehrung des Pythagoras

Schon im Jahr 2300 v. Chr. nutzten ägyptische Landvermesser eine geschlossene Seilschlaufe mit 12 gleichmäßigen Knoten, um exakte rechte Winkel auf Feldern abzustecken.

4 Einheiten 3 Einheiten 5 Einheiten
Wissen: Die Umkehrung
Wenn in einem Dreieck die Quadrate über zwei Seiten zusammen denselben Flächeninhalt haben wie das Quadrat über der längsten Seite, so ist das Dreieck rechtwinklig.
Kurz: Gilt \(a^2 + b^2 = c^2\), dann ist \(\gamma = 90^\circ\).

Beispiel: Ist das Dreieck rechtwinklig?

Gegeben: \(a = 4\text{ cm}\), \(b = 5\text{ cm}\), \(c = 6\text{ cm}\).
Prüfung: Ist \(4^2 + 5^2 = 6^2\)?
\(16 + 25 = 41\). Aber \(6^2 = 36\).
Da \(41 \neq 36\) (\(41\) ist ungleich \(36\)), ist das Dreieck nicht rechtwinklig!

💡 Tipp: Welche Seite ist c?

Achte darauf, dass die Gleichung immer so aufgebaut wird:
(Kürzere Seite)² + (Mittlere Seite)² = (Längste Seite)²

🎯 Dreiecks-Labor: Rechten Winkel aufspüren (Umkehrung)

Gelöst: 0

Prüfe mithilfe des Kehrsatzes des Pythagoras (\(a^2 + b^2 = c^2\)):
Besitzt das Dreieck einen rechten Winkel? Wenn ja, bei welchem Eckpunkt?
Tipp: Klicke direkt auf die Ecke im Dreieck oder nutze die Buttons darunter!

Wähle die Ecke mit dem rechten Winkel ODER klicke auf "Kein rechter Winkel":

Auswahlaufgabe: Rechtwinklig oder nicht?

Rechne im Kopf oder auf Papier nach und wähle die rechtwinkligen Dreiecke aus.

\(a=6\text{ cm}, b=8\text{ cm}, c=10\text{ cm}\)
\(a=2\text{ cm}, b=3\text{ cm}, c=4\text{ cm}\)
\(a=5\text{ cm}, b=12\text{ cm}, c=13\text{ cm}\)
\(a=9\text{ cm}, b=12\text{ cm}, c=14\text{ cm}\)

Ergänze das pythagoreische Zahlentripel

Drei natürliche Zahlen, für die \(a^2 + b^2 = c^2\) gilt, nennt man Pythagoreisches Tripel. Ergänze die fehlende Zahl.

(3 | 4 | )
( | 15 | 17 )
(10 | 24 | )
Selbsteinschätzung: Verstanden, wie ich ein Dreieck überprüfe?

Teil 3: Höhen- und Kathetensatz

Die Höhe \(h\) auf die Hypotenuse zerlegt diese in zwei Abschnitte, die man p und q nennt. Daraus lassen sich neue Gesetzmäßigkeiten ableiten.

h b a q p Rechter Winkel bei C
Der Höhensatz: \(h^2 = p \cdot q\)
Das Quadrat über der Höhe ist flächengleich zum Rechteck aus den Abschnitten \(p\) und \(q\).
Der Kathetensatz: \(a^2 = c \cdot p\)    und    \(b^2 = c \cdot q\)
Das Quadrat über einer Kathete ist flächengleich zum Rechteck aus der Hypotenuse \(c\) und dem anliegenden Abschnitt (\(p\) bzw. \(q\)).

Beispiel 1: Höhensatz

Gegeben: \(p = 4.5\text{ cm}\), \(q = 2\text{ cm}\). Gesucht: \(h\)
\(h^2 = 4.5 \cdot 2 = 9 \implies h = \sqrt{9} = 3\text{ cm}\).


Beispiel 2: Kathetensatz

Gegeben: \(c = 1.6\text{ m}\), \(p = 0.4\text{ m}\). Gesucht: \(a\)
\(a^2 = 1.6 \cdot 0.4 = 0.64 \implies a = \sqrt{0.64} = 0.8\text{ m}\).

Selbsttest: Formeln anwenden

Berechne die gesuchten Größen (ohne Einheit):

a) \(p=3,\; q=12 \implies h =\)
b) \(h=4,\; p=8 \implies q =\)
c) \(c=10,\; p=3.6 \implies a =\)
d) \(c=10,\; a=6 \implies p =\)
💡 Tipp für Aufgabe d)

Setze in den Kathetensatz ein: \(a^2 = c \cdot p\).
Also: \(6^2 = 10 \cdot p \implies 36 = 10 \cdot p\). Teile durch 10!

Teil 4: Anwendungen & Sachaufgaben

Der Satz des Pythagoras ist eines der wichtigsten mathematischen Werkzeuge im Alltag, Handwerk und Ingenieurwesen. Bearbeite die folgenden realitätsnahen Sachaufgaben Schritt für Schritt.

📱 Aufgabe 1: Das Smartphone-Display

Alltag & Technik

Smartphone-Displays werden international in Zoll angegeben (\(1\text{ Zoll} = 2{,}54\text{ cm}\)). Ein modernes Smartphone besitzt ein Display mit der Breite \(b = 7{,}2\text{ cm}\) und der Höhe \(h = 15{,}4\text{ cm}\).

b = 7,2 cm h = 15,4 cm d = ?
Schritt 1: Zwischenergebnis
Berechne die Diagonale \(d\) des Bildschirms in Zentimetern (mittels \(d = \sqrt{b^2 + h^2}\)):
\(d =\) cm
Schritt 2: Endergebnis
Wie viel Zoll (\(''\)) misst die Bildschirmdiagonale? Teile das Zwischenergebnis durch \(2{,}54\) und runde auf eine Nachkommastelle:
Displaydiagonale: Zoll (\(''\))

🛹 Aufgabe 2: Die Quarterpipe-Rampe im Skatepark

Sport & Handwerk

Für den lokalen Skatepark soll eine Anlauframpe errichtet werden. Die Rampe besitzt eine senkrechte Stützhöhe von \(h = 1{,}80\text{ m}\) und eine ebene Standstrecke am Boden von \(l = 2{,}40\text{ m}\).

h = 1,80 m l = 2,40 m Fahrstrecke s = ?
Schritt 1: Zwischenergebnis
Berechne die direkte schräge Fahrlänge \(s\) der Rampe (in m):
\(s =\) m
Schritt 2: Endergebnis
Zur Befestigung muss die Belagsmatte oben und unten um insgesamt \(0{,}50\text{ m}\) überstehen (\(+0{,}50\text{ m}\)). Welche Gesamtlänge an Belag muss gekauft werden?
Erforderliche Belaglänge: m

🏡 Aufgabe 3: Das Solardach mit Giebelhöhe

Architektur & Energie

Ein symmetrisches Wohnhaus mit Satteldach ist \(10{,}0\text{ m}\) breit. Der Dachfirst befindet sich exakt in der Mitte und besitzt eine Giebelhöhe von \(h = 3{,}75\text{ m}\) über dem Dachboden.

h = 3,75 m halbe Breite: 5,0 m 5,0 m Dachschräge s = ?
Schritt 1: Zwischenergebnis
Wie breit ist eine Dachhälfte am Dachboden (die Kathete \(b\))?
Halbe Hausbreite: m
Schritt 2: Zwischenergebnis
Berechne die Länge der schrägen Dachfläche \(s\) vom First bis zur Traufe (in m):
\(s =\) m
Schritt 3: Endergebnis
Ein Solarmodul ist \(1{,}75\text{ m}\) lang. Wie viele Module können maximal der Länge nach auf dieser Dachhälfte hintereinander montiert werden?
Anzahl ganzer Module: Stück

🌳 Aufgabe 4: Der abgeknickte Baum nach dem Sturm

Natur & Geometrie

Bei einem schweren Sommersturm knickte eine stolze \(15{,}0\text{ m}\) hohe Tanne um. Der untere Stammteil ragt senkrecht mit einer Höhe von \(h = 4{,}80\text{ m}\) empor. Die Baumspitze berührt den flachen Erdboden genau \(9{,}0\text{ m}\) vom Stamm entfernt.

h = 4,80 m Abstand = 9,0 m Krone c = ?
Schritt 1: Zwischenergebnis
Berechne die Länge des abgeknickten Baumteils (die Hypotenuse \(c\)) in Metern:
\(c =\) m
Schritt 2: Endergebnis
Addiere den Stamm (\(4{,}8\text{ m}\)) und die Krone (\(10{,}2\text{ m}\)). Bestätige die ursprüngliche Gesamthöhe des Baumes in Metern:
Gesamthöhe: m

🚪 Aufgabe 5: Transport der Glasscheibe durch die Tür

Praxisprüfung

Ein Glaser transportiert eine quadratische Einscheiben-Sicherheitsglasplatte mit den Abmessungen \(2{,}15\text{ m} \times 2{,}15\text{ m}\). Die Haustür hat eine lichte Öffnung von \(b = 0{,}90\text{ m}\) Breite und \(h = 2{,}05\text{ m}\) Höhe.

b = 0,90 m h = 2,05 m d = ?
Schritt 1: Zwischenergebnis
Berechne die maximale lichte Diagonale \(d\) der Türöffnung in Metern (auf 2 Nachkommastellen runden):
Diagonale \(d =\) m
Schritt 2: Endergebnis
Passt die \(2{,}15\text{ m}\) breite Glasscheibe schräg gekippt durch diese Tür? (tippe ja oder nein):
Antwort:

📦 Aufgabe 6: Der Regenschirm im Versandkarton (Raumdiagonale)

3D-Geometrie & Raum

Anna möchte einen \(54\text{ cm}\) langen Stockschirm per Paketpost versenden. Ihr steht ein stabiler Karton mit den Innenmaßen Länge \(l = 40\text{ cm}\), Breite \(b = 30\text{ cm}\) und Höhe \(h = 25\text{ cm}\) zur Verfügung.

Länge = 40 cm b = 30 cm h = 25 cm d₁ d_R = ?
Schritt 1: Zwischenergebnis
Berechne zuerst die Diagonale des Bodens \(d_1\) mit Länge (\(40\text{ cm}\)) und Breite (\(30\text{ cm}\)):
Bodendiagonale \(d_1 =\) cm
Schritt 2: Zwischenergebnis
Berechne nun mit \(d_1 = 50\text{ cm}\) und der Höhe \(h = 25\text{ cm}\) die Raumdiagonale \(d_R = \sqrt{d_1^2 + h^2}\) (auf 1 Nachkommastelle runden):
Raumdiagonale \(d_R =\) cm
Schritt 3: Endergebnis
Passt der \(54\text{ cm}\) lange Regenschirm vollständig in das Paket? (tippe ja oder nein):
Antwort:

🚒 Aufgabe 7: Die Feuerwehrleiter

Rettungseinsatz

Die Drehleiter eines Löschfahrzeugs steht \(12{,}0\text{ m}\) von einer Hauswand entfernt. Sie wird auf eine Maximallänge von \(28{,}0\text{ m}\) ausgefahren.

Abstand = 12,0 m Höhe h = ? Leiter = 28,0 m
Schritt 1: Zwischenergebnis
In welcher Höhe berührt die Leiter die Wand (auf 1 Nachkommastelle runden)?
Anlegehöhe: m
Schritt 2: Endergebnis
Ein Fenster im 3. Stock liegt in genau \(16{,}0\text{ m}\) Höhe. Der Wagen steht weiterhin \(12{,}0\text{ m}\) entfernt. Auf welche exakte Länge muss die Leiter für dieses Fenster ausgefahren werden?
Erforderliche Leiterlänge: m

🏋️ Übungsstation

Generiere dir endlose Übungsaufgaben zum Pythagoras! (Tippe bei Dezimalzahlen mit Punkt oder Komma. Runde auf 1 Nachkommastelle, falls das Ergebnis nicht glatt ist.)

🏁 Großer Abschlusstest

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Ziel: 75% (15 Punkte) zum Bestehen! (Runde auf 1 Nachkommastelle, falls nötig).