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Mathe

Das Prinzip von Cavalieri

Zwei Körper mit gleicher Höhe und gleich großen Schnittflächen in jeder Höhe haben gleiches Volumen. Damit begründest du Volumenformeln.

  • ca. 11 Minuten
  • Klasse 10
  • Niveau: Plus

Das lernst du heute

  • Ich erkläre das Prinzip von Cavalieri.
  • Ich berechne das Volumen schiefer Körper.
  • Ich begründe damit, dass Körper gleich viel fassen.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Das Volumen eines Prismas, Die Kugel: Volumen und Oberfläche

Stell dir einen Stapel Münzen vor. Er steht gerade. Wenn du ihn seitlich schiebst, wird er schief. Es sind aber dieselben Münzen. Das Volumen ändert sich nicht. Das ist das Prinzip von Cavalieri. Es lautet: Zwei Körper stehen auf derselben Ebene. Sie haben dieselbe Höhe. In jeder Höhe sind ihre Schnittflächen gleich groß. Dann haben beide Körper dasselbe Volumen. Ein schiefes Prisma hat also V = G · h. Dabei ist h der senkrechte Abstand zwischen Grund- und Deckfläche, nicht die Länge der schrägen Kante. Auch Pyramiden mit gleicher Grundfläche und gleicher Höhe haben gleiches Volumen. Das gilt, auch wenn ihre Spitzen an verschiedenen Stellen liegen.

Es kommt nur auf G und h an, nicht auf die Lage der Spitze.

Schiefes Prisma

  1. Ein schiefes Prisma hat die Grundfläche G = 25 cm².
  2. Die schräge Kante ist 8 cm lang. Der senkrechte Abstand der Flächen ist h = 6 cm.
  3. Es zählt nur h: V = G · h = 25 · 6 = 150.
  4. V = 150 cm³.
  5. Die Länge 8 cm der schrägen Kante wird nicht gebraucht.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Schiebe einen Stapel Münzen zur Seite.

Die Münzen bleiben gleich.

Also bleibt das Volumen gleich.

Ein Beispiel

Beispiel

Ein Kartenspiel liegt als gerader Stapel auf dem Tisch. Du schiebst die Karten schräg. Der Stapel ist schief, aber es sind dieselben Karten. Das Volumen ist gleich geblieben.

Schritt für Schritt

Der erste Schritt

  1. Prüfe, ob beide Körper gleich hoch sind.
  2. Prüfe, ob die Schnittflächen in jeder Höhe gleich groß sind.
  3. Wenn ja, haben beide dasselbe Volumen.

Mit einem Bild erklärt

KörperGrundflächesenkrechte HöheVolumen
gerades Prisma25 cm²6 cm150 cm³
schiefes Prisma25 cm²6 cm150 cm³

Zur Grundlage zurück

Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Ein schiefes Prisma hat die Grundfläche 25 cm² und die senkrechte Höhe 6 cm. Wie groß ist sein Volumen in cm³?

Zeig mir den ersten Schritt

Es gilt V = G · h.

Lösung ansehen

Lösung: 150

25 · 6 = 150 cm³.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Ein schiefer Zylinder hat den Radius 5 cm und die senkrechte Höhe 4 cm. Die schräge Seitenlinie ist 6 cm lang. Berechne das Volumen mit π ≈ 3,14 in cm³.

Zeig mir den ersten Schritt

Die Länge 6 cm brauchst du nicht. Es zählt h = 4 cm.

Lösung ansehen

Lösung: 314

V = 3,14 · 25 · 4 = 314 cm³.

Tipp: Frage dich: Wie hoch ist der Körper senkrecht? Nur diese Länge zählt.

Merksatz: Cavalieri: Gleiche Höhe und gleiche Schnittflächen in jeder Höhe ergeben gleiches Volumen. Bei schiefen Körpern zählt die senkrechte Höhe.

Typischer Fehler: Viele rechnen beim schiefen Prisma mit der Länge der schrägen Kante. Das Ergebnis ist dann zu groß. Es zählt der senkrechte Abstand h.

Prüfen

Mini-Quiz

5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Eine Pyramide hat die Grundfläche 30 cm² und die Höhe 9 cm. Eine zweite Pyramide hat dieselbe Grundfläche und dieselbe Höhe. Ihre Spitze liegt aber an einer anderen Stelle. Wie groß ist das Volumen der zweiten Pyramide in cm³?

Zeig mir den ersten Schritt

Beide Pyramiden haben nach Cavalieri dasselbe Volumen.

Lösung ansehen

Lösung: 90

V = ein Drittel · 30 · 9 = 90 cm³.

Frage 2 Welche Bedingung gehört zum Prinzip von Cavalieri?
Lösung ansehen

Lösung: gleiche Höhe und gleich große Schnittflächen in jeder Höhe

Frage 3 Beim schiefen Prisma rechnet man V = G · Länge der schrägen Kante.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 4 Ein gerader und ein schiefer Zylinder haben dieselbe Grundfläche und dieselbe senkrechte Höhe. Was gilt?
Lösung ansehen

Lösung: Beide haben dasselbe Volumen.

Frage 5 Ein Stapel Münzen wird seitlich verschoben. Was bleibt gleich?
Lösung ansehen

Lösung: Das Volumen

Geschafft

Nach Cavalieri haben Körper mit gleicher Höhe und gleich großen Schnittflächen in jeder Höhe dasselbe Volumen. Deshalb gelten die Formeln für gerade Körper auch für schiefe Körper.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Pyramide, Kegel und Kugel

Kurz erklärt, 54 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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