Worum geht es?
Bei jedem Kreis ist der Umfang ein festes Vielfaches des Durchmessers. Dieses Verhältnis heißt Kreiszahl :
Daraus folgen die beiden wichtigsten Kreisformeln:
Umfang: Rollt man ein Rad einmal ab, ist die Strecke etwas mehr als drei Durchmesser lang.
Fläche: Zerschneidet man den Kreis in viele Sektoren und legt sie abwechselnd nebeneinander, entsteht fast ein Rechteck. Seine Höhe ist , seine Breite der halbe Umfang . Also ist .
Archimedes (um 250 v. Chr.) schloss den Kreis zwischen ein inneres und ein äußeres Vieleck ein. Mit dem 96-Eck fand er , also .
ist eine irrationale Zahl: Ihre Dezimalstellen enden nie und wiederholen sich nicht.
Ausprobieren
- Drücke Abrollen und vergleiche den abgerollten Umfang mit den Durchmessern darunter.
- Wähle Fläche und lege die Sektoren um. Was passiert mit mehr Sektoren? 48 Sektoren
- Wähle Archimedes und verdopple die Eckenzahl mehrmals. Wie nah kommen die Schranken an π heran? Sechseck
Aufgaben
Aufgabe 1: Fahrradreifen
Ein Fahrradreifen hat einen Durchmesser von . Wie weit kommt man mit einer Umdrehung? Wie viele Umdrehungen braucht man für ?
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. Für braucht man , also etwa Umdrehungen.
Aufgabe 2: Eine große oder zwei kleine Pizzen?
Ist eine Pizza mit Durchmesser größer als zwei Pizzen mit je ?
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Große Pizza: . Zwei kleine: . Die große Pizza ist größer – die Fläche wächst mit dem Quadrat des Radius.
Aufgabe 3: Sektoren umlegen
Warum wird die umgelegte Figur mit mehr Sektoren immer mehr zu einem Rechteck? Welche Seitenlängen hat dieses Rechteck? 12 Sektoren · 48 Sektoren
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Je schmaler die Sektoren, desto gerader werden die Bögen an Ober- und Unterkante und desto senkrechter die Seiten. Die Höhe ist der Radius ; oben und unten liegt jeweils der halbe Umfang, also die Breite . Damit gilt .
Aufgabe 4: Wie Archimedes
Beim Sechseck gilt (die Simulation zeigt diese Werte). Erkläre, warum das einbeschriebene Sechseck genau den Umfang hat.
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Das einbeschriebene Sechseck besteht aus sechs gleichseitigen Dreiecken mit der Seitenlänge . Sein Umfang ist . Jeder Kreisbogen zwischen zwei Ecken ist länger als die Sechseckseite darunter. Also ist der Kreisumfang größer als , und es gilt . Sechseck zeigen
Ideen für den Unterricht
- Einsatz: Etwa Klasse 8/9 (Kreis und Zylinder: Kreisumfang, Kreisfläche, Näherungen für π).
- Drei Zugänge: Abrollen (Umfang), Umlegen (Fläche) und Archimedes (Näherung). Alle drei Animationen werden über den Knopf unter der Bühne gestartet.
- Häufige Stolpersteine:
- Umfang und Fläche werden verwechselt; und werden vertauscht.
- „π ist genau 3,14.“