MathematikKlasse 5–7

Winkel an Geradenkreuzungen

Zwei Geraden kreuzen sich, eine dreht sich. Welche Winkel bleiben gleich? An Parallelen heißen sie Stufen- und Wechselwinkel.

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Worum geht es?

Zwei Geraden schneiden sich im Punkt SS. Dabei entstehen vier Winkel α\alpha, β\beta, γ\gamma, δ\delta (gegen den Uhrzeigersinn).

  • Scheitelwinkel liegen sich am Schnittpunkt gegenüber. Sie sind gleich groß: α=γ\alpha = \gamma und β=δ\beta = \delta.
  • Nebenwinkel liegen nebeneinander an einer Geraden und bilden zusammen einen gestreckten Winkel. Sie ergänzen sich zu 180∘180^\circ: α+β=180∘\alpha + \beta = 180^\circ.

Beispiel: Bei einem Schnittwinkel von α=65∘\alpha = 65^\circ ist γ=65∘\gamma = 65^\circ und β=δ=180∘−65∘=115∘\beta = \delta = 180^\circ - 65^\circ = 115^\circ. Zusammen ergeben alle vier Winkel 360∘360^\circ. Stehen die Geraden senkrecht aufeinander, sind alle vier Winkel 90∘90^\circ groß.

Doppelkreuzung: Zwei Geraden gg und hh werden von einer dritten Geraden ss geschnitten. An jeder Kreuzung liegen vier Winkel, hier α1,β1,γ1,δ1\alpha_1, \beta_1, \gamma_1, \delta_1 an gg und α2,β2,γ2,δ2\alpha_2, \beta_2, \gamma_2, \delta_2 an hh.

Winkelpaar Lage Figur bei g∥hg \parallel h
Stufenwinkel an beiden Kreuzungen an der gleichen Stelle F gleich groß
Wechselwinkel verschiedene Seiten von ss, beide zwischen gg und hh (oder beide außen) Z gleich groß
Nachbarwinkel gleiche Seite von ss, beide zwischen gg und hh (oder beide außen) E Summe 180∘180^\circ

Warum? Verschiebt man die Kreuzung an gg entlang ss, bis sie auf der Kreuzung an hh liegt, so deckt sich gg genau dann mit hh, wenn g∥hg \parallel h ist – dann decken sich auch die Stufenwinkel. Wechselwinkel sind Scheitelwinkel von Stufenwinkeln: γ2=α2=α1\gamma_2 = \alpha_2 = \alpha_1. Umgekehrt gilt: Sind Stufenwinkel (oder Wechselwinkel) gleich groß, dann sind gg und hh parallel.

g∥h  ⟹  α1=α2,α1=γ2,α1+δ2=180∘g \parallel h \;\Longrightarrow\; \alpha_1 = \alpha_2, \qquad \alpha_1 = \gamma_2, \qquad \alpha_1 + \delta_2 = 180^\circ

Ausprobieren

  1. Ziehe die Griffe auf gg und hh. Welche Winkel bleiben immer gleich groß? Was ergeben zwei benachbarte Winkel zusammen? Beispiel laden
  2. Drücke „Nebenwinkel zusammenlegen“ und „Scheitelwinkel drehen“. Tippe vorher einen anderen Winkel an.
  3. Stelle senkrechte Geraden und fast parallele Geraden ein. Was passiert mit den Nebenwinkeln?
  4. Wechsle zur Doppelkreuzung. Drücke „Entlang s verschieben“: Die Kreuzung an gg gleitet nach oben. Was fällt dir auf?
  5. Wähle Wechselwinkel und drücke „Um 180° drehen“.
  6. Schalte „g ∥ h“ aus (Beispiel) und verschiebe noch einmal. Wie groß ist der Unterschied?
  7. Begründe im Aufgabenmodus jeden Winkel. Lies die Begründung in der Seitenleiste nach.

Aufgaben

Aufgabe 1: Vier Winkel

Zwei Geraden schneiden sich unter α=38∘\alpha = 38^\circ. Bestimme β\beta, γ\gamma und δ\delta und begründe. Aufgabe laden

Lösung anzeigen

γ=38∘\gamma = 38^\circ (Scheitelwinkel zu α\alpha), β=180∘−38∘=142∘\beta = 180^\circ - 38^\circ = 142^\circ (Nebenwinkel zu α\alpha), δ=142∘\delta = 142^\circ (Scheitelwinkel zu β\beta). Probe: 38∘+142∘+38∘+142∘=360∘38^\circ + 142^\circ + 38^\circ + 142^\circ = 360^\circ. In der Simulation zeigen

Aufgabe 2: Dreimal so groß

Ein Winkel ist dreimal so groß wie sein Nebenwinkel. Wie groß sind die beiden Winkel?

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Nebenwinkel xx, Winkel 3x3x: x+3x=180∘x + 3x = 180^\circ, also 4x=180∘4x = 180^\circ und x=45∘x = 45^\circ. Die Winkel sind 45∘45^\circ und 135∘135^\circ. In der Simulation zeigen

Aufgabe 3: Acht Winkel an Parallelen

g∥hg \parallel h, die Querlinie ss schneidet gg unter α1=62∘\alpha_1 = 62^\circ. Bestimme alle acht Winkel. Aufgabe laden

Lösung anzeigen

γ1=62∘\gamma_1 = 62^\circ (Scheitelwinkel), β1=δ1=180∘−62∘=118∘\beta_1 = \delta_1 = 180^\circ - 62^\circ = 118^\circ (Nebenwinkel). Wegen g∥hg \parallel h sind die Stufenwinkel gleich: α2=γ2=62∘\alpha_2 = \gamma_2 = 62^\circ, β2=δ2=118∘\beta_2 = \delta_2 = 118^\circ. Alle Winkel sind also 62∘62^\circ oder 118∘118^\circ groß. In der Simulation zeigen

Aufgabe 4: Eine Begründungskette

g∥hg \parallel h und β2=70∘\beta_2 = 70^\circ. Bestimme α1\alpha_1 und begründe jeden Schritt. Aufgabe laden

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α2=180∘−70∘=110∘\alpha_2 = 180^\circ - 70^\circ = 110^\circ (Nebenwinkel zu β2\beta_2), dann α1=α2=110∘\alpha_1 = \alpha_2 = 110^\circ (Stufenwinkel, g∥hg \parallel h). Andere Wege sind ebenso richtig, z. B. β1=β2=70∘\beta_1 = \beta_2 = 70^\circ (Stufenwinkel) und α1=180∘−70∘=110∘\alpha_1 = 180^\circ - 70^\circ = 110^\circ (Nebenwinkel).

Aufgabe 5: Parallel oder nicht?

Die Querlinie ss schneidet gg unter α1=50∘\alpha_1 = 50^\circ und hh unter α2=58∘\alpha_2 = 58^\circ. Sind gg und hh parallel? Begründe mit einem Winkelpaar. Aufgabe laden

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Nein. α1\alpha_1 und α2\alpha_2 sind Stufenwinkel. Wären gg und hh parallel, müssten sie gleich groß sein; sie unterscheiden sich aber um 58∘−50∘=8∘58^\circ - 50^\circ = 8^\circ. Die Geraden schneiden sich also irgendwo (hier außerhalb des Bildes). Verschieben zeigt den Unterschied

Aufgabe 6: Umkehrung (Vertiefung)

An einer Doppelkreuzung ist α1=75∘\alpha_1 = 75^\circ und δ2=105∘\delta_2 = 105^\circ. Begründe, dass g∥hg \parallel h gilt.

Lösung anzeigen

α2=180∘−δ2=75∘\alpha_2 = 180^\circ - \delta_2 = 75^\circ (Nebenwinkel). Damit sind die Stufenwinkel α1\alpha_1 und α2\alpha_2 gleich groß, also ist g∥hg \parallel h. Kürzer: Die Nachbarwinkel α1\alpha_1 und δ2\delta_2 ergänzen sich zu 75∘+105∘=180∘75^\circ + 105^\circ = 180^\circ. In der Simulation zeigen

Ideen für den Unterricht

  • Einsatz: Etwa Klasse 7, Winkel an Figuren: Scheitel-, Neben-, Stufen- und Wechselwinkel als Grundlage für den Beweis der Innenwinkelsumme. Die Animationen eignen sich als gemeinsamer Einstieg am Whiteboard, der Aufgabenmodus für Einzel- oder Partnerarbeit mit mündlichen Begründungen.
  • Argumentieren: Der Aufgabenmodus zeigt zu jedem angetippten Winkel eine kurze Begründungskette. Es kann reizvoll sein, die Lernenden zuerst selbst begründen zu lassen und die angezeigte Kette als Vergleich zu nutzen – oft gibt es mehrere richtige Wege.
  • Begriffe: Für die E-Figur sind verschiedene Namen üblich (Nachbarwinkel, entgegengesetzte Winkel, E- oder U-Winkel). Manche Schulbücher schreiben α′\alpha', β′\beta', … statt α2\alpha_2, β2\beta_2, … Bitte am eingeführten Schulbuch prüfen, welche Begriffe in Ihrer Klasse verwendet werden.
  • Modell: Winkel werden auf ganze Grad gerundet; g∥hg \parallel h bedeutet hier, dass ss beide Geraden unter demselben Winkel schneidet.
  • Häufige Stolpersteine:
    • „Stufenwinkel sind immer gleich groß“ – nur, wenn gg und hh parallel sind. Das Verschieben bei nicht parallelen Geraden macht den Unterschied sichtbar.
    • Scheitel- und Nebenwinkel werden verwechselt: Scheitelwinkel liegen gegenüber und haben nur den Scheitel gemeinsam, Nebenwinkel haben einen gemeinsamen Schenkel.
    • Wechselwinkel werden auf derselben Seite von ss gesucht – die Z-Figur hilft.
    • In Begründungen fehlt die Voraussetzung „weil g∥hg \parallel h“.