Worum geht es?
Die Mittelsenkrechte einer Strecke ist die Gerade, die durch den Mittelpunkt von geht und senkrecht auf steht. Sie hat eine besondere Eigenschaft:
Jeder Punkt auf ist von und gleich weit entfernt: . Umgekehrt liegt jeder Punkt mit auf .
(In der Simulation steht für die Länge kurz .) Eine Linie, auf der genau die Punkte mit einer bestimmten Eigenschaft liegen, heißt Ortslinie. Die Mittelsenkrechte teilt die Ebene in zwei Hälften: Auf der einen Seite liegen alle Punkte, die näher an sind, auf der anderen alle, die näher an sind. Begründung: Spiegelt man an , wird auf abgebildet, und jeder Punkt von bleibt, wo er ist – also sind die Strecken und gleich lang.
Die Winkelhalbierende eines Winkels mit Scheitel teilt ihn in zwei gleich große Winkel . Auch sie ist eine Ortslinie:
Jeder Punkt auf ist von beiden Schenkeln gleich weit entfernt – und im Inneren des Winkels nur diese Punkte.
Den Abstand eines Punktes von einem Schenkel misst man senkrecht, also mit dem Lot. (Läge der Lotfußpunkt hinter dem Scheitel, ist der nächste Punkt des Schenkels der Scheitel selbst.)
Konstruktion mit Zirkel und Lineal:
- Mittelsenkrechte: Zirkel weiter als öffnen, Kreisbögen um und um mit demselben Radius zeichnen. Die Schnittpunkte und sind von und gleich weit entfernt, liegen also auf . Die Gerade ist die Mittelsenkrechte. ( ist sogar eine Raute.)
- Winkelhalbierende: Bogen um schneidet die Schenkel in und . Bögen mit gleichem Radius um und schneiden sich in . Die Halbgerade ist die Winkelhalbierende, denn ist ein Drachenviereck mit der Symmetrieachse .
Ausblick: Die drei Mittelsenkrechten eines Dreiecks schneiden sich in einem Punkt . Er ist von allen Ecken gleich weit entfernt und ist der Mittelpunkt des Umkreises: .
Ausprobieren
- Ortslinie entdecken: Ziehe auf Stellen, an denen ist. Jeder Fund hinterlässt einen grünen Punkt. Was fällt dir auf, wenn du fünf solche Punkte gefunden hast? Schalte danach „Ortslinie zeigen“ und die Färbung ein.
- Ziehe und . Wo liegt immer? Achte auf den rechten Winkel und die Striche an und .
- Winkelhalbierende: Ziehe so, dass beide Lote gleich lang sind. Teste auch einen stumpfen Winkel und einen gestreckten Winkel. Was ist die Winkelhalbierende beim gestreckten Winkel?
- Mittelsenkrechte konstruieren: Gehe mit „Nächster Schritt“ durch die Konstruktion und beschreibe jeden Schritt mit eigenen Worten. Warum muss der Radius größer sein als die halbe Strecke?
- Winkelhalbierende konstruieren: Welches Viereck entsteht am Ende aus , , und ?
- Spielplatz an der Straße: Schiebe entlang der Straße, bis beide Wege gleich lang sind. Schalte danach die Ortslinie ein.
- Umkreis: Ziehe , bis das Dreieck rechtwinklig oder stumpfwinklig ist. Wo liegt dann ?
Aufgaben
Aufgabe 1: Gleich weit entfernt?
Gegeben sind und (in Kästchen, ein Kästchen ist breit). Liegen und auf der Mittelsenkrechten von ? Zähle Kästchen oder miss. Aufgabe laden
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: Von geht man 3 Kästchen nach rechts und 4 nach oben, von aus 5 Kästchen nach links. Beide Strecken sind 5 Kästchen lang (3-4-5-Dreieck), also : liegt auf . : , – ist näher an und liegt nicht auf . Mit Ortslinie zeigen
Aufgabe 2: Zu kleiner Zirkel
Tim will die Mittelsenkrechte einer langen Strecke konstruieren und stellt den Zirkel auf ein. Was passiert? Welche Radien sind geeignet?
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Die Bögen um und schneiden sich nicht, denn . Bei genau berühren sie sich nur im Mittelpunkt – das reicht nicht für eine Gerade. Geeignet ist jeder Radius über , gut zeichnen lässt sich z. B. bis .
Aufgabe 3: Begründen
Begründe mit einer Achsenspiegelung, dass jeder Punkt der Mittelsenkrechten von und gleich weit entfernt ist.
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Bei der Spiegelung an wird auf abgebildet, denn steht senkrecht auf und halbiert die Strecke. Der Punkt liegt auf der Achse und bleibt fest. Die Strecke wird also auf abgebildet. Da eine Spiegelung Längen nicht verändert, gilt .
Aufgabe 4: Der Spielplatz
Die Häuser stehen bei und , die Straße verläuft durch und . Wo muss der Spielplatz an der Straße liegen, damit er von beiden Häusern gleich weit entfernt ist? Beschreibe die Konstruktion. Aufgabe laden
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Mittelsenkrechte von konstruieren; ihr Schnittpunkt mit der Straße ist der gesuchte Ort . Er liegt etwa bei , und es gilt . Lösung zeigen
Aufgabe 5: Kein Treffpunkt?
Kann es passieren, dass kein Ort an der Straße von und gleich weit entfernt ist? Kann es sein, dass jeder Ort an der Straße passt?
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Kein Ort passt, wenn die Straße parallel zur Mittelsenkrechten verläuft, also senkrecht auf steht. Beispiel Jeder Ort passt, wenn die Straße genau auf der Mittelsenkrechten liegt. Beispiel
Aufgabe 6: Ein Funkmast für drei Dörfer
Die Dörfer liegen bei , und . Ein Funkmast soll von allen drei Dörfern gleich weit entfernt sein. Wo muss er stehen? Aufgabe laden
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Er gehört in den Schnittpunkt der Mittelsenkrechten (zwei genügen, die dritte geht automatisch auch durch ). liegt etwa bei , der Abstand zu jedem Dorf beträgt etwa . Lösung zeigen
Ideen für den Unterricht
- Einsatz: Etwa Klasse 7, achsen- und punktsymmetrische Figuren: Grundkonstruktionen Mittelsenkrechte und Winkelhalbierende, Begründung über Symmetrie, Ortslinien. Geeignet zur Erarbeitung (Ortslinie entdecken), zum Vorführen der Konstruktionen am Beamer und für Übungsphasen. Der Umkreis ist hier als Ausblick gedacht und wird bei der Behandlung von Dreiecken vertieft.
- Bedienung: , die Punkte , , , der Scheitel , die Schenkel sowie und lassen sich ziehen. Mit „Ortslinie zeigen“ aus können die Lernenden die Gerade erst selbst entdecken; „Spur löschen“ startet neu. Die Konstruktion lässt sich schrittweise oder ganz abspielen.
- Modell: Karopapier mit pro Kästchen. Bei der Mittelsenkrechten springt auf Gitterpunkte und rastet in der Nähe von auf ein; bei der Winkelhalbierenden bewegt sich frei im Winkelfeld und rastet auf ein. Gerundete Längen werden mit „≈“ angezeigt. Der Winkel lässt sich zwischen und einstellen. Stellen Sie und mit den Reglern auf denselben Punkt, rückt der zuletzt bewegte Punkt ein Kästchen weiter, denn ohne Strecke gibt es keine Mittelsenkrechte.
- Häufige Stolpersteine:
- „Jede Senkrechte zu ist eine Mittelsenkrechte.“ – Sie muss durch den Mittelpunkt gehen.
- Der Zirkel wird zwischen den beiden Bögen verstellt oder kleiner als die halbe Strecke geöffnet.
- Der Abstand zu einem Schenkel wird schräg statt senkrecht gemessen.
- „Die Mittelsenkrechte ist eine Strecke.“ – Sie ist eine Gerade; auch Punkte weit weg von liegen darauf.
- „Der Umkreismittelpunkt liegt immer im Dreieck.“ – Bei stumpfwinkligen Dreiecken liegt er außerhalb.