Worum geht es?
Zwei Strahlen mit gemeinsamem Anfangspunkt werden von zwei parallelen Geraden geschnitten: auf dem ersten Strahl in und , auf dem zweiten in und . Dann gelten die Strahlensätze.
1. Strahlensatz: Die Abschnitte auf dem einen Strahl verhalten sich wie die entsprechenden Abschnitte auf dem anderen Strahl:
2. Strahlensatz: Die Abschnitte auf den Parallelen verhalten sich wie die zugehörigen, von aus gemessenen Abschnitte auf einem Strahl:
Die „Abschnitte“-Form () gilt nur für die Strecken auf den Strahlen, nicht für die Parallelen.
Der gemeinsame Wert ist der Streckfaktor . Das Dreieck entsteht aus durch eine zentrische Streckung mit Zentrum : Beide Dreiecke sind ähnlich – gleiche Winkel, alle Seiten mal . Bei wird vergrößert, bei verkleinert, bei fallen die Parallelen zusammen.
Liegen die Parallelen auf verschiedenen Seiten von , entsteht die X-Figur. Die Strahlensätze gelten dort genauso, man misst immer von aus. In der Simulation wird der Streckfaktor dann negativ angezeigt (: „andere Seite von “); in den Verhältnissen stehen Längen, also .
Ohne Parallelen geht es nicht: Sind und nicht parallel, sind die Verhältnisse verschieden. Umgekehrt gilt die Umkehrung des 1. Strahlensatzes: Ist (und liegen und entweder beide auf derselben Seite von wie und oder beide auf der anderen), dann ist . Die Umkehrung des 2. Strahlensatzes gilt nicht: Es kann einen zweiten Punkt geben, für den ebenfalls ist, obwohl nicht parallel zu ist.
Rechnen mit einer Unbekannten: Man stellt eine Verhältnisgleichung auf – am besten mit der Unbekannten im Zähler – und löst sie durch Multiplizieren, z. B. .
Ausprobieren
- Drücke „Parallele verschieben“: Die Parallele gleitet von nach . Beobachte die farbigen Maßstäbe rechts – alle drei Verhältnisse zählen gemeinsam hoch. Was bedeuten die Teilstriche in den dicken Balken?
- Ziehe und drehe den ersten Strahl am Griff außen. Probiere , , einen sehr spitzen und einen stumpfen Winkel. Ändern sich die Verhältnisse?
- X-Figur: Drücke „Parallele verschieben“ – die Parallele wandert durch hindurch auf die andere Seite.
- Vergleiche in der Karte „1. Strahlensatz“ die beiden Abschnitte-Balken: Wann liegen die Trennstriche genau übereinander? Lies in der Karte „2. Strahlensatz“ nach, warum man dort nicht mit rechnen darf.
- Nicht parallel: Welche Balken passen nicht mehr? Drücke „B′ angleichen (Umkehrung)“. Was passiert mit ? Was zeigt der gestrichelte Kreis um mit dem Punkt ?
- Unbekannte Strecke x: Wähle verschiedene gesuchte Strecken und lass dir die Lösung „Schritt für Schritt“ zeigen.
- Baumhöhe: Spiele die Messung durch und ziehe dann die Sonne. Was passiert bei 45° Sonnenhöhe?
- Teichbreite: Ziehe näher an . Warum wird kürzer, die berechnete Breite aber nicht?
Aufgaben
Aufgabe 1: Fehlende Länge (1. Strahlensatz)
In einer V-Figur mit ist , und . Berechne . Aufgabe laden
Lösung anzeigen
, also . Lösung zeigen
Aufgabe 2: Mit Abschnitten rechnen
Gegeben sind , und (, V-Figur). Wie lang ist ? Aufgabe laden
Lösung anzeigen
, also . Probe: (beide ). Lösung zeigen
Aufgabe 3: Der 2. Strahlensatz
Es ist , und . Berechne . Warum wäre falsch? Aufgabe laden
Lösung anzeigen
, also . Mit käme heraus – im 2. Strahlensatz muss man von aus messen. Lösung zeigen
Aufgabe 4: Unbekannte im Nenner
In derselben Figur ist , und . Bestimme . Aufgabe laden
Lösung anzeigen
Unbekannte in den Zähler: , also . Zeigen
Aufgabe 5: Wie hoch ist der Baum?
Ein Stab ist lang und wird so aufgestellt, dass die Spitzen seines Schattens und des Baumschattens zusammenfallen. Der Stab steht , der Baum von der Schattenspitze entfernt. Berechne die Höhe des Baums. Aufgabe laden
Lösung anzeigen
, also . Sonnenstrahlen sind (nahezu) parallel, Stab und Baum stehen senkrecht und sind deshalb parallel zueinander. Lösung zeigen
Aufgabe 6: Über den Teich
Zur Breite eines Teichs wird eine X-Figur abgesteckt mit und . Gemessen wird . Wie breit ist der Teich, und warum ist automatisch parallel zu ? Aufgabe laden
Lösung anzeigen
Die Verhältnisse auf beiden Geraden sind gleich (), nach der Umkehrung des 1. Strahlensatzes ist . Dann gilt . Lösung zeigen
Aufgabe 7: Parallel oder nicht? (Knobelaufgabe)
Es ist , , und . Sind und parallel? Wo müsste liegen? Und: Reicht es, nachzumessen?
Lösung anzeigen
Nein: , aber . Für eine Parallele bräuchte man . Das Nachmessen von reicht nicht, weil die Umkehrung des 2. Strahlensatzes nicht gilt: Der Kreis um mit Radius kann die Gerade zweimal treffen – nur einer der beiden Punkte liefert die Parallele. Zeigen
Ideen für den Unterricht
- Einsatz: Etwa Klasse 9, Ähnlichkeit, zentrische Streckung und Strahlensätze. Die Animation „Parallele verschieben“ kann eine Vermutung anregen („Alle Verhältnisse bleiben gleich – aber nur, wenn …“), die Karten sichern sie mit Zahlen.
- Negative Streckfaktoren: Ob die X-Figur über beschrieben wird, ist im Unterricht unterschiedlich üblich – bitte am Lehrplan prüfen. Der Regler arbeitet deshalb mit dem Verhältnis der Längen.
- Draußen messen: Baum- und Teichaufgabe lassen sich auf dem Schulgelände nachstellen; „Messung durchspielen“ zeigt die Reihenfolge der Schritte. Mit „Ergebnis zeigen“ aus (
show=0) werden Rechenmodus und Anwendungen zu Übungsaufgaben. - Häufige Stolpersteine:
- Im 2. Strahlensatz wird statt verwendet.
- Die Strahlensätze werden ohne Parallelen angewendet.
- In der X-Figur werden Strecken über hinweg addiert.
- Zähler und Nenner werden zwischen den Seiten der Gleichung vertauscht – hier hilft „Unbekannte in den Zähler, Zugehöriges darunter“.
- Aus wird auf Parallelität geschlossen (Umkehrung des 2. Strahlensatzes gilt nicht).