Winkelsätze und Innenwinkelsumme
Zwei gerade Straßen kreuzen sich. An der Kreuzung entstehen vier Ecken, also vier Winkel. Du misst einen davon und bekommst . Musst du die anderen drei auch messen? Oder kannst du sie ausrechnen?
Noch eine Frage: Zeichne ein beliebiges Dreieck, miss seine drei Winkel und addiere sie. Du bekommst ungefähr . Bei einem zweiten Dreieck wieder. Ist das Zufall? Und reicht es, ein paar Dreiecke zu messen, um sicher zu sein?
In dieser Lektion rechnest du Winkel aus, ohne sie zu messen. Außerdem lernst du, wie man in der Mathematik sicher begründet, dass etwas immer gilt.
Nebenwinkel
Zwei Geraden schneiden sich in einem Punkt. Dort entstehen vier Winkel. Du nennst sie der Reihe nach, einmal um den Schnittpunkt herum, , , und .
Zwei Winkel, die nebeneinander liegen und einen Schenkel gemeinsam haben, heißen Nebenwinkel. Das sind und , und , und sowie und . Zusammen bilden zwei Nebenwinkel eine gerade Linie, also einen gestreckten Winkel. Deshalb gilt: Nebenwinkel ergeben zusammen .
Scheitelwinkel
Winkel, die sich am Schnittpunkt gegenüber liegen, heißen Scheitelwinkel. Das sind und sowie und . Scheitelwinkel sind gleich groß.
Begründung: und sind Nebenwinkel, also ist . Auch und sind Nebenwinkel, also ist . Beide Summen sind gleich. Nimmst du auf beiden Seiten weg, bleibt .
Winkel an einer Kreuzung berechnen
Winkel an einer Kreuzung berechnen
Zwei Geraden schneiden sich. Der Winkel misst . Berechne , und .
| Winkel | Größe | Begründung |
|---|---|---|
| Nebenwinkel von : | ||
| Scheitelwinkel von | ||
| Scheitelwinkel von |
Probe: . Alle vier Winkel um einen Punkt ergeben eine ganze Drehung.
Stufenwinkel und Wechselwinkel
Zwei parallele Geraden und werden von einer dritten Geraden geschnitten. Stell dir oben und darunter vor. verläuft schräg durch beide. An jedem Schnittpunkt entstehen vier Winkel. Du nennst sie nach ihrer Lage am Schnittpunkt: oben links, oben rechts, unten links, unten rechts.
Stufenwinkel liegen an beiden Schnittpunkten an derselben Stelle, zum Beispiel beide oben rechts. Sie bilden die Form eines F. Wechselwinkel liegen zwischen den Parallelen auf verschiedenen Seiten von , zum Beispiel unten links bei und oben rechts bei . Sie bilden die Form eines Z.
Sind und parallel, sind Stufenwinkel gleich groß und Wechselwinkel gleich groß. Das gilt nur bei Parallelen.
Begründung für Stufenwinkel: Schiebe an entlang nach unten, bis sie auf liegt. Der Winkel wandert mit und liegt genau auf seinem Stufenwinkel. Wechselwinkel sind gleich, weil sie Scheitelwinkel eines Stufenwinkels sind.
Winkel an Parallelen berechnen
Winkel an Parallelen berechnen
Es gilt . Bei misst der Winkel oben rechts . Berechne alle acht Winkel.
Zuerst die vier Winkel bei :
| Bei g | Größe | Begründung |
|---|---|---|
| oben rechts | gegeben | |
| oben links | Nebenwinkel: | |
| unten rechts | Nebenwinkel: | |
| unten links | Scheitelwinkel von oben rechts |
Bei liegt jeder Winkel an derselben Stelle wie bei . Es sind Stufenwinkel, also sind sie gleich groß: oben rechts , oben links , unten rechts und unten links . Es gibt also nur zwei verschiedene Größen, und .
Innenwinkelsumme im Dreieck
Die Winkel im Inneren eines Dreiecks heißen Innenwinkel. Bei den Ecken , und heißen sie , und . In jedem Dreieck ergeben die drei Innenwinkel zusammen .
Begründung: Zeichne durch die Parallele zur gegenüberliegenden Seite . Bei entstehen drei Winkel nebeneinander auf der Geraden : links ein Winkel, in der Mitte und rechts ein Winkel. Der linke Winkel ist ein Wechselwinkel zu , also ebenfalls . Der rechte ist ein Wechselwinkel zu , also gleich . Die drei Winkel bilden zusammen eine gerade Linie. Also gilt .
Innenwinkelsumme im Viereck
Ein Viereck hat vier Ecken. Eine Diagonale ist eine Strecke zwischen zwei Ecken, die nicht nebeneinander liegen. Sie teilt das Viereck in zwei Dreiecke. Jedes Dreieck hat die Winkelsumme . Alle Winkel der beiden Dreiecke zusammen sind genau die vier Innenwinkel des Vierecks. Deshalb gilt: In jedem Viereck ergeben die vier Innenwinkel zusammen .
Begründen statt nur messen
Warum reicht Messen nicht? Zum einen misst du nie ganz genau. Mit dem Geodreieck kommt oft oder heraus, obwohl es sein müssen. Zum anderen kannst du nur einzelne Dreiecke messen, aber es gibt unendlich viele.
Ein Beweis ist eine Begründung in kleinen Schritten, die nur Aussagen benutzt, von denen du schon sicher weißt, dass sie stimmen. Dann gilt das Ergebnis für jedes Dreieck. Messen und Ausprobieren geben dir eine Vermutung. Der Beweis macht sie sicher.
Ein Hinweis aus dem Basteln: Schneide ein Papierdreieck aus, reiße die drei Ecken ab und lege sie mit den Spitzen aneinander. Sie bilden eine gerade Linie. Das ist eine gute Idee, aber noch kein Beweis.
Winkel im Dreieck und im Viereck
Winkel im Dreieck und im Viereck
a) Ein Dreieck hat und . Wie groß ist ?
b) Ein Viereck hat , und . Wie groß ist ?
Bei a) addierst du die zwei bekannten Winkel: . Dann ziehst du die Summe von ab und erhältst . Bei b) addierst du die drei bekannten Winkel: . Dann ziehst du von ab und erhältst . Mache die Probe: Alle vier Winkel müssen wieder ergeben.
Stufenwinkel sind immer gleich
Stufenwinkel sind immer gleich
Jemand sagt: „Stufenwinkel sind immer gleich groß. Die beiden Geraden dürfen irgendwie liegen.“
Stufenwinkel sind nur dann gleich groß, wenn die beiden Geraden parallel sind. Laufen die Geraden schräg aufeinander zu, sind die Stufenwinkel verschieden. Prüfe also immer zuerst, ob gilt.
Nebenwinkel und Scheitelwinkel verwechseln
Nebenwinkel und Scheitelwinkel verwechseln
Jemand rechnet: „Der Nebenwinkel von ist auch .“
Nebenwinkel liegen nebeneinander und ergeben . Also ist der Nebenwinkel . Gleich groß ist der Scheitelwinkel, der gegenüber liegt.
Nachmessen als Beweis
Nachmessen als Beweis
Jemand sagt: „Ich habe fünf Dreiecke gemessen und immer bekommen. Damit ist es bewiesen.“
Fünf Messungen zeigen nur, dass es plausibel ist. Es gibt unendlich viele Dreiecke, und beim Messen gibt es kleine Fehler. Erst die Begründung mit der Parallelen und den Wechselwinkeln zeigt, dass es für jedes Dreieck gilt.
Zusammenfassung
Nebenwinkel liegen nebeneinander und ergeben zusammen .
Scheitelwinkel liegen sich an einem Schnittpunkt gegenüber und sind gleich groß.
An parallelen Geraden sind Stufenwinkel (Form F) gleich groß und Wechselwinkel (Form Z) gleich groß. Das gilt nur bei Parallelen.
Die drei Innenwinkel eines Dreiecks ergeben zusammen , die vier Innenwinkel eines Vierecks zusammen .
Fehlt ein Winkel, ziehst du die bekannten Winkel von oder ab.
Messen gibt nur eine Vermutung. Ein Beweis begründet in Schritten und gilt für alle Fälle.
Übungen
Zwei Geraden schneiden sich. Ein Winkel misst . Wie groß ist sein Nebenwinkel in Grad?
Wann sind Stufenwinkel gleich groß?
Ein Dreieck hat die Winkel und . Wie groß ist in Grad?
Ein Viereck hat die Winkel , und . Wie groß ist der vierte Winkel in Grad?
In einem Dreieck sind und . Der Winkel hat einen Nebenwinkel (er liegt außerhalb des Dreiecks). Wie groß ist dieser Nebenwinkel in Grad?
Mara misst bei drei Dreiecken die Winkelsumme: , und . Sie sagt: „Die Summe ist also nicht immer gleich.“ Was würdest du ihr antworten?