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ABSCHLUSSPRÜFUNG Realschule Mathe – Geometrie 10. Klasse

MathemaTrick16:35 155.150 Aufrufe veröffentlicht Auf YouTube

Das Wichtigste aus dem Video

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Transkriptautomatisch erstellt · 98 Zeilen
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  1. Hallo ihr Lieben, heute habe ich euch eine Aufgabe aus einer Abschlussprüfung der Realschule mitgebracht. Diese Aufgabe kam 2022 in Bayern vor und
  2. lautet folgendermaßen: Die Vorlage eines Kerzenhalters für kugelförmige Kerzen ist ein Rotationskörper mit der Rotationsachse
  3. MN. [schnauben] Es geht schon ordentlich los. Okay, gucken wir mal ganz kurz an der Skizze, worum es hier überhaupt geht. Das rote, was hier gezeichnet ist,
  4. ist dieser Kerzenhalter, der da entstehen soll für kugelförmige Kerzen. Also hier soll diese kuförmige Kerze dann letztendlich reingelegt werden.
  5. Also das rote ist dieser Halter. Alles andere, was so gestrichelt gezeichnet ist, sind einfach nur Hilfslinien. ähm die Rotationsachse MN, also hier von
  6. m nach n müsst ihr euch vorstellen, hier ist auch so ein Pfeil eingezeichnet, dass das alles, was hier so gezeichnet ist, dass das rotiert um diese Achse,
  7. also sich die ganze Zeit so dreht sozusagen und der Körper, der dann entsteht, um den geht es. Das ist dieser Kerzenhalter. Die Skizze zeigt den
  8. Axialschnitt dieses Rotationskörpers. Genau. Einmal hier schön an die Rotationsachse, so wie wir das gerade beschrieben haben. [schnauben] Der Punkt
  9. C ist der Schnittpunkt der Geraden AB und ED. Also, wenn wir hier Geraden durch AB zeichnen und das hier so verlängern und auch durch E D und hier
  10. verlängern, dann schneiden sich die beiden Geraden hier unten im Punkt C, so wie das Ganze eben auch aussieht. Dann bekommen wir ein paar Längenangaben, die
  11. wir uns jetzt nicht im Detail anschauen. Vielleicht nur hier das AE parallel zu BD läuft. Also dieses Stückchen hier verläuft parallel zu dem hier, so wie
  12. man sich das auch wünscht und wie man sich das vorstellt. Das soll auf jeden Fall der Fall sein. Teil A: Berechne das Volumen des Rotationskörpers Runde auf
  13. zwei Stellen nach dem Komma. Okay, also Rundungsfehler müssen wir aufpassen, würde es dann Punktabzug geben. Ähm, wir sollen das Volumen von diesem
  14. Kerzenhalter bestimmt. Vielleicht kümmern wir uns erstmal um Teil A und schauen uns danach Teil B an. Also gehen wir erstmal auf eine neue Seite. Wie
  15. können wir jetzt das Volumen von diesem Rotationskörper bestimmen? Das ist ja das Volumen von diesem roten Teil. äh wenn sich das eben um diese Achse hier
  16. immer wieder dreht, vielleicht geben wir dem erstmal einen Namen, dass wir sagen, das ist Volumen von diesem Rotationskörper. Also letztendlich ist
  17. VR gesucht. Wir haben jetzt aber keine Formel, die wir da einfach drauf klatschen können, weil VR sieht halt schon wild aus, ne? Das ist keine
  18. klassische äh Figur, das ist kein Kegel, kein Zylinder, keine Kugel, sondern setzt sich halt aus anderen Figuren zusammen, die aber Gott sei Dank ja
  19. schon eingezeichnet sind, ne? Wir erkennen hier drumrum schon Figuren, die uns bekannt vorkommen. Z.B. Wenn wir uns diesen großen, also dieses Dreieck hier
  20. mal einzeichnen, das ja alles umfasst, aber viel zu groß wäre, aber damit kann man ja mal starten, wenn wir das Volumen davon bestimmen. Jetzt natürlich nicht
  21. von dem Dreieck an sich, sondern auch das rotiert ja um diese Achse. Was entsteht dann, wenn ein Dreieck, wenn ihr das rotieren lasst, was ist das für
  22. ein Körper, der da entsteht? könnt euch vorstellen, dass das hier so ein Kreis wird an dieser Grundfläche hier unten und hier zur Spitze hin läuft es eben so
  23. zu und dass das ein Kegel ist. Also, wenn ihr ein Dreieck so rotieren lasst, entsteht einfach ein Kegel und ähm davon können wir das Volumen natürlich
  24. ausrechnen. V1 müssen wir dann auch machen, aber das ist ja zu groß. Für das, was wir eigentlich wollen von dem roten Körper müssen wir noch was
  25. abziehen und zwar, na ja, das Stück hier, diese Spitze ist auf jeden Fall zu viel. Auch das ist ja wieder ein Dreieck, wird also wieder ein Kegel
  26. werden. Das nennen wir mal V2, das Volumen dieses Kegels dann. Und dann müssen wir aber auch noch was abziehen, nämlich dieses Teil hier in der Mitte.
  27. Das mache ich mal blau. Was ist das denn? Was wird es, wenn wir das als Volumen 3 mal uns anschauen und hier schon mal abziehen? Wenn man so ein
  28. Halbkreis rotieren lässt, was entsteht da, könnt ihr das sehen, dass auch das hier dann so kreisförmig wird und dass das einfach ähm diese so eine Halbkugel
  29. wird, weil da kommt ja dann auch diese Kerze rein, diese kugelförmige Kerze und es ist einfach so eine Halbkugel. Also auch da werden wir uns um das Volumen
  30. kümmern. Okay, wir haben also einen Plan, was wir tun wollen. Jetzt würde ich sagen, wir berechnen V1, V2 und V3 jeweils einzeln auf einzelnen Seiten,
  31. denn ihr seht, es wird schon umfangreich, also wir haben ein bisschen was zu tun. Ich hoffe, es wird nicht zu chaotisch. Aber gehen wir erstmal rein
  32. und suchen das Volumen von V1. Okay, V1 haben wir schon gesagt, wird ein Kegel werden. Das heißt, wir bräuchen erstmal die Formel für das
  33. Volumen eines Kegels. So ein Kegel hat ja den Radius R und die Höhe, die vom Mittelpunkt bis zur Spitze läuft, nennen wir h. Dann kann man das Volumen
  34. folgendermaßen ausrechnen. Die Formel sagt ein Drittel mal die Grundfläche, das ist hier ein Kreis, also die Kreisfläche sind Pi mal r². Und das
  35. Ganze wird einfach nur mit der Höhe noch multipliziert. Das ist unsere Formel, die wir hier jetzt in unserem Fall mal anwenden. Das heißt, ein Drittel können
  36. wir übernehmen. Pi können wir übernehmen. Wie sieht's mit R aus? R in unserem Fall, der Radius von unserem grünen Kegel wird dieses Stückchen hier
  37. sein, also von m nach E. Und das tragen wir auch erstmal so ein. Also die Strecke me ist unser Radius. Der muss noch quadriert werden laut der Formel.
  38. Und das Ganze mit der Höhe multipliziert werden. Die läuft von der Mitte bis zur Spitze. Also die Strecke von C nach M erstmal eintragen. Dann kriegt man auch
  39. schon mal Punkte drauf. Hat sich noch gar nicht verrechnet irgendwie. steht schon mal alles da. Das ist dann schon mal ganz gut. [schnauben] Dann können
  40. wir schauen, ob wir Längenangaben gegeben haben. Wie sieht's denn mit me aus? Diesem Stück hier ist es irgendwo gegeben? Nein, sieht nicht gut aus. Es
  41. ist die ae Strecke gegeben hier. Okay, mit 9 cm. Wir wollen aber nur dieses Stück haben. Die Rotationsachse liegt natürlich im Zentrum des
  42. Rotationskörpers. Das heißt, dieses Stück ist einfach die Hälfte von der ganzen Strecke. Also die Hälfte von 9 sind dann die 4,5 cm, die
  43. wir hier eintragen können und für me schon mal ein in die Formel eintragen können. Ich nehme die Einheiten, die Zentimeter jetzt mal mit in die
  44. Gleichung auch rein. Müsst ihr schauen, ob ihr das machen müsst oder nicht. Dementsprechend macht's oder lasst es weg, wie ihr es eben zu tun habt. Wir
  45. müssen dann aber eine Klammer noch drumrum machen, das ganze quadrieren, denn das war jetzt wirklich nur diese 4,5 äh Strecke. Und hinten dran, wie
  46. sieht's mit unserem CM aus? CM ist dieses Stück hier, das ist auch nicht gegeben. CN ist gegeben mit 5,5. Das ist das kurze Stückchen hier.
  47. Ähm, MN ist leider nicht gegeben. BD sehen wir hier noch, also das Stück von da nach da. Wenn wir da nur die Hälfte nehmen von den 5 cm, ist das kurze Stück
  48. hier 2,5 lang. Äh ja, aber das Stück finden wir nicht. Das müssen wir auf jeden Fall berechnen. Fällt euch was auf dieser rechten Seite, wenn man die mal
  49. hier so betrachtet, was es für eine Figur ist. Wir haben hier das Stück verläuft parallel zu dem. Dann haben wir zwei Geraden, die sich in einem Punkt
  50. hier schneiden, in dem sogenannten Zentrum. Fällt euch jetzt auf, dass das eine Strahlensatzfigur ist und mit der können wir eben also mit dem
  51. Strahlensatz dann hier diese gesuchte Strecke cm, die wir für unsere Formel brauchen, berechnen. Aber gehen wir dazu mal auf eine neue Seite äh und
  52. vielleicht zeichnen wir auch erstmal das ein bisschen sauberer, dass wir hier eine schöne Strahlensatzfigur erkennen können. Hier unten ist unser C, hier ist
  53. unser M. Die Seite hier sind 4,5 lang und 2,5 lang und 5,5. Das sind die Sachen, die wir gegeben haben. Wir wollen das da ausrechnen, haben aber die
  54. kurze blaue Strecke gegeben und die, die hier so parallel laufen, die lange markiere ich mal grün, die kurze eben auch grün, das sind die beiden
  55. Parallelen. Und diese vier Streckenabschnitte können wir im Strahlensatz verwenden. sagt nämlich, dass die lange blaue Strecke sich
  56. genauso zu der grünen langen Parallelen verhält, wie die kurze blaue Strecke zu dem kurzen parallelen Stückchen. Also, wenn wir es mal aufschreiben, cm, diese
  57. Strecke verhält sich zu dem langen Parallelenstück, also den 4,5 cm, genauso wie das kurze blaue Stück, die 5,5 cm zu dem kurzen parallelengrünen
  58. Teil, also den 2,5 cm. Das ist einfach nur eine Gleichung, die wir nach unserem gewünschten cm umstellen können, indem wir mal 4,5
  59. cm rechnen. Hier Zentimeter und Zentimeter können wir auch schon mal wegstreichen. Dann finden wir unser gewünschtes CM, indem wir die 5,5
  60. durch die 2,5 teilen und das Ganze mit den 4,5 cm multiplizieren. Die Zahlen könnt ihr einfach ein Taschenrechner eingeben, ausrechnen, dann kommt man auf
  61. eine Strecke von 9,9 cm für unser CM, was wir gebraucht haben für diese Formel hier, dann können wir das hier eintragen und haben unser
  62. erstes Volumen gefunden. Das hier können wir jetzt auch ein bisschen schöner machen. Ich würde es nicht in Taschenrechner eintippen und ausrechnen
  63. an die Rundungsfehler denken, die passieren können. Deswegen ähm bleiben wir mal exakt. Vielleicht lösen wir noch ein bisschen die Klammer hier mal auf.
  64. 4,5 zum Quadrat, auch die Zentimeter zum Quadrat. Ma hier kein Mal dazwischen. Und hier hinten noch die 9,9 cm hinten dran. Wenn wir jetzt noch ein bisschen
  65. sortieren, dass wir hier eine Einheit haben und hier eine Einheit haben, alles andere, was man in Taschenrechner eintippen kann, packen wir mal nach
  66. vorne. Und welche Einheit haben wir dann insgesamt? quadratzim malent werden dann zu Kubikzentimetern,
  67. so wie es sich für ein Volumen eben auch gehört. Und dann würden wir das mal so stehen lassen, nicht in den Taschenrechner eintippen. Wir wissen, es
  68. ist bereit für den Taschenrechner, ähm aber wir wollen das Ganze ja exakt lassen, also keine Rundungsfehler einbauen, deswegen einfach so stehen
  69. lassen. Wir wissen aber V1 können wir abhaken, haben wir, können wir jederzeit drauf zugreifen. Dann kümmern wir uns um V2, aber das wird jetzt um einiges
  70. schneller gehen, denn das ist schon wieder ein Kegel und da sind wir jetzt schon geschult Volumen eines Kegels. 1 mal pi r² mal die Höhe. Das wenden wir
  71. hier für unser zweites Volumen an. Das heißt 1/3 mal pi. Was ist der Radius? Das sind hier Gott sei Dank gegeben das ganze mit 2,5 cm. schöne Klammer drumrum
  72. und das ganze quadrieren und die Höhe ist hier auch gegeben mit 5,5 cm. Da brauchen wir keinen erneuten Strahlensatz anzuwenden.
  73. Das heißt, wenn wir das noch ein bisschen verschönern, haben wir hier was die Klammer können wir auflösen. 2,5 zum Quadrat. Die Zentimeter müssen auch
  74. quadriert werden. Können wir aber dann direkt mit den Zentimetern hier hinten verrechnen. cm hoch 2 mal cm sind cm hoch 3 und die 5,5 dürfen wir nicht
  75. vergessen, die Zahl schreiben wir noch zu den Zahlen dazu. Das ist unser zweites Volumen. Auch das rechnen wir nicht aus. Merken wir uns einfach, dass
  76. wir es haben. Und dann kommen wir zum dritten Volumen, was jetzt ein bisschen anders ist, denn hier geht es ja um diese Halbkugel, die hier entsteht. Also
  77. dieses dritte Volumen müssen wir jetzt mal schauen, wie dafür die Formel ist. [schnauben] Wenn wir uns erstmal eine Kugel
  78. betrachten, da gibt es nämlich für das Volumen einer Kugel gibt es eine Formel, die sagt 4 mal Pi* r hoch 3. Also, man braucht nur
  79. den Radius der Kugel und schon kann man das Volumen ausrechnen. Müssen wir jetzt aufpassen, das hier ist keine Kugel, das ist eine Halbkugel, die wir hier haben.
  80. Also brauchen wir auch nur die Hälfte. Also, wir brauchen keine Kugel, sondern eine Halbkugel und dann können wir einfach ein halb vorne dran setzen, da
  81. wir wirklich nur die Hälfte von dem Volumen einer ganzen Kugel haben wollen. Okay, dann rein da mit allem. 1/2 mal 4 mal pi. Okay, Radius ist das einzige,
  82. was wir brauchen. Wie sieht's denn aus mit dem Radius hier? Der ist ja eingezeichnet. Das wäre dieses Stückchen hier ist MF gegeben. Nee, GF ist
  83. gegeben. Also von G nach F sind 5 cm. Und hier ist aber auch noch gegeben, dass der Radius genauso lang ist wie mg und MF. Also die Hälfte von den fünf,
  84. also 2,5 cm können wir hier reinpacken und das ganze laut der Formel dann hoch 3 nicht vergessen. Und dann können wir das noch
  85. ein bisschen schöner machen. Ich würde mir gar nicht zu viele Gedanken machen, dass man da jetzt noch irgendwelche Brüche kürzt oder so, sondern einfach
  86. abschreiben. Wir tippen sowieso ein Taschenrechner ein, aber hier hinten die 2,5 hoch 3 und Kubikzentimeter dann draus machen, dass wir unser
  87. drittes Volumen haben. Leute, wir haben V1, V2, V3 exakt gegeben. Wir können das hier in unsere Formel eintragen, in Taschenrechner eintippen, auf zwei
  88. Nachkommeren runden und kommen auf ein Volumen von 141,21 Kubikzm. Wir haben Teil A geschafft. [gelächter]
  89. Mal gucken, was Teil B noch für uns bereithält. Der Kerzenhalter soll aus Marmor gefertigt werden. 1 Kubikzm des verwendeten Marmors hat eine Masse von
  90. 2,7 g. Berechne die Masse des Kerzenhalters runde auf ganze Gramm. Okay, wir haben ja das Volumen unseres Kerzenhalters, können wir hier schon mal
  91. benutzen, denn hier ist ja jetzt gegeben, dass 1 Kubikzim ähm des Marmors eine Masse hat von 2,7 g. Wir haben aber nicht nur 1 Kubikzm,
  92. sondern eben die 141,21 Kubikzm. Und dann können wir einfach berechnen, wie viel Gramm das entspricht. Im Grunde ist es einfach nur
  93. Dreisatz. Die Zahlen sind sehr schön. Wir können auf der linken Seite einfach einmal die 141,21
  94. rechnen. Und dasselbe machen wir auf der anderen Seite mal die 141,21. Wenn wir das machen, kommen wir erstmal auf 381,267
  95. g. Wir sollen auf ganze Gramm Runden, das ist dann noch das letzte, also auf ganze Gramm Runden auf die Einer. Das heißt, wir gucken uns diese Zahl hier
  96. an, die sagt abrunden. Wir bleiben also bei 381 g und damit haben wir die Aufgabe erledigt. Schreibt gerne mal in die
  97. Kommentare, wie ihr die Aufgabe fandet, so einer Abschlussprüfung. Ähm, ich bin gespannt auf eure Einschätzung. Euch noch einen wunderschönen Tag und wir
  98. sehen uns dann beim nächsten Video. Macht's gut.