Winkel im Dreieck und Viereck – So findest du jeden fehlenden Winkel
Eine kleine Zeitreise
Abschnitt betitelt „Eine kleine Zeitreise“Winkel zu messen ist eine sehr alte Idee. Menschen brauchten diese Fähigkeit schon Jahrtausende vor unserer Zeit.
Die alten Ägypter bauten vor über 4000 Jahren die Pyramiden. Jede Pyramide hat vier dreieckige Seitenflächen. Diese Dreiecke müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein. Die Ägypter verwendeten gespannte Seile und einfache Winkelmesser aus Holz. Ohne genaue Winkelkenntnisse wären die Pyramiden schief geworden.
Die Babylonier in Mesopotamien teilten den Kreis in 360 Grad ein. Diese Einteilung nutzen wir bis heute. Warum ausgerechnet 360? Das Jahr hatte damals etwa 360 Tage. Ausserdem lässt sich 360 durch viele Zahlen teilen: durch 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12 und mehr.
Thales von Milet lebte um 600 vor Christus in Griechenland. Er war einer der ersten Mathematiker, der geometrische Aussagen begründete. Er erkannte, dass bestimmte Winkel immer in einem festen Verhältnis stehen.
Euklid schrieb um 300 vor Christus sein berühmtes Werk «Elemente». Darin bewies er die Winkelsumme im Dreieck streng logisch. Sein Beweis gilt bis heute als korrekt. Die «Elemente» war nach der Bibel das meistgedruckte Buch in Europa.
Im Mittelalter nutzten Baumeister Winkelwissen beim Bau von Kathedralen. Die grossen Bogenfenster und Gewölbe entstanden durch genaue Winkelberechnungen.
Heute steckt Winkelrechnung überall: in Computerspielen, in der Architektur, in der Navigation von Flugzeugen und sogar in der Robotertechnik. Ein Roboterarm kann nur dann ein Glas greifen, wenn seine Gelenke die richtigen Winkel einnehmen.
Was Euklid vor 2300 Jahren aufschrieb, benutzt du heute im Mathematikunterricht. Das ist bemerkenswert.
Die Grundlagen
Abschnitt betitelt „Die Grundlagen“Bevor du Winkel berechnest, musst du die wichtigsten Begriffe kennen.
Ein Winkel entsteht zwischen zwei Strahlen, die vom gleichen Punkt ausgehen. Dieser Punkt heisst Scheitelpunkt. Die Grösse eines Winkels gibst du in Grad (°) an.
Ein Innenwinkel liegt im Innern einer geometrischen Figur. Bei einem Dreieck liegen alle drei Innenwinkel zwischen den Seiten des Dreiecks. Du erkennst sie daran, dass sie «nach innen» zeigen.
Winkel haben besondere Namen je nach ihrer Grösse:
- Ein spitzer Winkel ist kleiner als .
- Ein rechter Winkel beträgt genau . Er wird mit einem kleinen Quadrat markiert.
- Ein stumpfer Winkel liegt zwischen und .
- Ein gestreckter Winkel beträgt genau . Das ist eine gerade Linie.
Die griechischen Buchstaben (Alpha), (Beta), (Gamma) und (Delta) stehen für die einzelnen Winkel in den Ecken einer Figur.
Stell dir die Winkelsumme als Kuchen vor, den du aufteilen musst. Im Dreieck hast du genau zu verteilen. Im Viereck sind es . Die einzelnen Stücke können unterschiedlich gross sein. Ihre Summe bleibt aber immer gleich.
Die Kernmethode
Abschnitt betitelt „Die Kernmethode“Die gute Nachricht: Der Rechenweg ist immer gleich. Egal ob Dreieck oder Viereck.
Nach jeder Rechnung machst du eine Probe. Addiere alle Winkel einschliesslich deines Ergebnisses. Im Dreieck musst du erhalten. Im Viereck . Stimmt die Probe nicht, liegt irgendwo ein Fehler.
Zähle vor dem Rechnen immer die Ecken der Figur. Drei Ecken bedeuten . Vier Ecken bedeuten . Das ist die häufigste Fehlerquelle.
Ein berechneter Winkel muss immer grösser als und kleiner als sein. Ein Winkel von wäre kein Winkel. Ein Winkel von wäre eine gerade Linie, keine Ecke.
Beispiel 1: Einfaches Dreieck
Abschnitt betitelt „Beispiel 1: Einfaches Dreieck“Ein Dreieck hat die Winkel und . Berechne den dritten Winkel .
Lösung:
Schritt 1: Bekannte Winkel addieren.
Schritt 2: Von der Winkelsumme abziehen.
Antwort: Der dritte Winkel beträgt .
Probe: ✓
Das Dreieck hat einen spitzen Winkel von , einen mittelgrossen von und einen etwas grösseren von . Alle drei sind spitze Winkel (kleiner als ). Das ergibt eine flache, streckte Form.
Beispiel 2: Viereck mit drei bekannten Winkeln
Abschnitt betitelt „Beispiel 2: Viereck mit drei bekannten Winkeln“Ein Viereck hat die Winkel , und . Berechne den vierten Winkel .
Lösung:
Schritt 1: Bekannte Winkel addieren.
Schritt 2: Von der Winkelsumme abziehen.
Antwort: Der vierte Winkel beträgt .
Probe: ✓
Beachte: ist ein stumpfer Winkel. Er ist grösser als . Das ist erlaubt. Auch ist stumpf. Das Viereck hat also zwei stumpfe und zwei spitze Winkel.
Die häufigsten Stolpersteine
Abschnitt betitelt „Die häufigsten Stolpersteine“Beim Rechnen mit Winkeln passieren immer wieder dieselben Fehler. Hier findest du die wichtigsten Fallen.
Beispiel 3: Gleichschenkliges Dreieck
Abschnitt betitelt „Beispiel 3: Gleichschenkliges Dreieck“In einem gleichschenkligen Dreieck sind die beiden Basiswinkel gleich gross. Der Winkel an der Spitze beträgt . Wie gross sind die Basiswinkel?
Lösung:
Überlegung: Im gleichschenkligen Dreieck sind zwei Winkel identisch. Nenne beide . Der dritte Winkel ist .
Schritt 1: Gleichung aufstellen.
Schritt 2: Zusammenfassen.
Schritt 3: subtrahieren.
Schritt 4: Durch dividieren.
Antwort: Beide Basiswinkel betragen jeweils .
Probe: ✓
Beispiel 4: Textaufgabe mit Viereck
Abschnitt betitelt „Beispiel 4: Textaufgabe mit Viereck“Ein Fensterrahmen ist ein Viereck. Drei seiner Winkel betragen , und . Der vierte Winkel ist beschädigt und muss repariert werden. Welchen Winkel muss der Handwerker herstellen?
Lösung:
Schritt 1: Bekannte Winkel addieren.
Schritt 2: Von der Winkelsumme des Vierecks abziehen.
Antwort: Der vierte Winkel muss betragen.
Probe: ✓
Überlegung: Der Fensterrahmen ist fast ein Rechteck. Zwei Winkel sind leicht verformt ( und ), aber zusammen ergeben sie wieder . Deshalb müssen die anderen beiden Winkel zusammen ebenfalls ergeben, also je .
Vertiefung
Abschnitt betitelt „Vertiefung“Du hast die Grundregel verstanden. Jetzt geht es einen Schritt weiter.
Warum gilt die Winkelsumme im Dreieck?
Es gibt einen einfachen Beweis ohne Algebra. Zeichne ein beliebiges Dreieck auf Papier. Reiße die drei Ecken ab. Lege die drei Winkelspitzen so zusammen, dass sie einen gemeinsamen Punkt berühren. Die drei Ecken bilden zusammen immer eine gerade Linie. Eine gerade Linie entspricht einem gestreckten Winkel von .
Viereck aus zwei Dreiecken
Jedes Viereck kannst du mit einer Diagonale in zwei Dreiecke aufteilen. Jedes Dreieck hat eine Winkelsumme von . Zwei Dreiecke ergeben also . Das erklärt die Winkelsumme im Viereck.
Besondere Dreiecke und Vierecke
Das gleichseitige Dreieck hat alle Seiten gleich lang. Deshalb sind auch alle Winkel gleich: .
Das rechtwinklige Dreieck hat einen Winkel von . Die anderen beiden Winkel addieren sich immer zu .
Das Rechteck hat vier rechte Winkel à . Das Quadrat ist ein Sonderfall des Rechtecks.
Das Parallelogramm hat gegenüberliegende Winkel, die gleich gross sind. Benachbarte Winkel ergänzen sich immer zu .
Beispiel 5: Fünfeck
Abschnitt betitelt „Beispiel 5: Fünfeck“Ein regelmässiges Fünfeck hat fünf gleich grosse Innenwinkel. Wie gross ist jeder einzelne Winkel?
Lösung:
Schritt 1: Winkelsumme des Fünfecks berechnen.
Schritt 2: Da alle fünf Winkel gleich sind, teile durch 5.
Antwort: Jeder Innenwinkel eines regelmässigen Fünfecks beträgt .
Probe: ✓
Bemerkung: Das regelmässige Fünfeck kommt in der Natur vor, zum Beispiel als Form von Seesternen. Auch der Querschnitt einer Okraschote ist annähernd fünfeckig.
Übungen
Abschnitt betitelt „Übungen“Löse die folgenden Aufgaben. Schreibe immer den vollständigen Rechenweg auf. Mache am Ende eine Probe.
Aufgabe 1 (einfach) Ein Dreieck hat die Winkel und . Berechne .
Aufgabe 2 (einfach) Ein Dreieck hat die Winkel und . Berechne .
Aufgabe 3 (einfach) Ein Viereck hat die Winkel , und . Wie gross ist der vierte Winkel?
Aufgabe 4 (mittel) Ein Viereck hat die Winkel , und . Berechne .
Aufgabe 5 (mittel) In einem gleichschenkligen Dreieck beträgt ein Basiswinkel . Wie gross ist der Winkel an der Spitze?
Aufgabe 6 (mittel) Ein Dreieck hat die Winkel und . Berechne alle drei Winkel.
Aufgabe 7 (mittel) Ein Parallelogramm hat einen Winkel von . Wie gross sind die anderen drei Winkel? Tipp: Gegenüberliegende Winkel im Parallelogramm sind gleich gross.
Aufgabe 8 (schwer) Ein Dreieck hat die Winkel , und . Berechne alle drei Winkel.
Aufgabe 9 (schwer) Ein Viereck hat vier gleich grosse Winkel und einen weiteren Winkel, der grösser als die anderen ist. Korrektur: Das Viereck hat drei gleich grosse Winkel von je und einen Winkel von . Berechne .
Aufgabe 10 (schwer) Ein Sechseck wird durch zwei Diagonalen in vier Dreiecke aufgeteilt. Erkläre, wie du damit die Winkelsumme des Sechsecks berechnest. Berechne ausserdem jeden Innenwinkel eines regelmässigen Sechsecks.
Das Wichtigste in Kürze
Abschnitt betitelt „Das Wichtigste in Kürze“Die Winkelsumme ist dein Werkzeug für fehlende Winkel. Im Dreieck nutzt du . Im Viereck nutzt du .
Der Rechenweg ist immer gleich. Zuerst zählst du die Ecken. Dann addierst du alle bekannten Winkel. Schliesslich ziehst du diese Summe von der Winkelsumme ab.
Vergiss die Probe nicht. Sie zeigt dir sofort, ob dein Ergebnis stimmt.
Kontrolliere jedes Ergebnis auf Sinnhaftigkeit. Ein Winkel muss grösser als und kleiner als sein. Sonst liegt ein Fehler vor.
Besondere Dreiecke haben besondere Eigenschaften. Beim gleichschenkligen Dreieck sind zwei Winkel identisch. Das vereinfacht die Rechnung. Beim gleichseitigen Dreieck sind alle drei Winkel je .
Lösung anzeigen
Rechenweg:
Der dritte Winkel beträgt . Probe: ✓ Das Dreieck ist rechtwinklig und gleichschenklig. Die beiden Katheten schliessen einen rechten Winkel ein. Die Basiswinkel sind je .
Lösung anzeigen
Rechenweg:
Der vierte Winkel beträgt . Probe: ✓
Lösung anzeigen
Überlegung: Beide Basiswinkel sind gleich gross, also je . Rechenweg:
Der Winkel an der Spitze beträgt . Probe: ✓
Lösung anzeigen
Rechenweg: Da , gilt:
Beide Winkel und betragen je . Probe: ✓
Lösung anzeigen
Rechenweg mit der Formel:
Die Winkelsumme im Sechseck beträgt . Jeder einzelne Innenwinkel im regelmässigen Sechseck:
Jeder Innenwinkel beträgt .
Ausblick
Abschnitt betitelt „Ausblick“Du kennst jetzt die Winkelsumme in Dreiecken und Vierecken. Das ist ein wichtiges Fundament.
In der 7. und 8. Klasse lernst du Winkel an Geraden kennen. Dort treten Scheitelwinkel und Stufenwinkel auf. Auch der Satz des Thales wartet auf dich. Er verbindet Winkel mit Kreisen.
Später kommt die Trigonometrie. Sie berechnet Seiten und Winkel in rechtwinkligen Dreiecken. Daraus entstehen Sinus, Kosinus und Tangens.
Architekten, Ingenieure und Programmierer nutzen all das täglich. Was du heute lernst, ist kein abstraktes Schulwissen. Es ist ein echtes Handwerkszeug.
Lösungen
Abschnitt betitelt „Lösungen“Hier findest du die vollständigen Lösungswege zu allen Übungsaufgaben.
Lösung zu Aufgabe 1
Gegeben: , . Gesucht: .
Der dritte Winkel beträgt .
Probe: ✓
Lösung zu Aufgabe 2
Gegeben: , . Gesucht: .
Der dritte Winkel beträgt .
Probe: ✓
Das ist ein rechtwinkliges Dreieck. Der Winkel ist der rechte Winkel.
Lösung zu Aufgabe 3
Gegeben: Drei Winkel je . Gesucht: vierter Winkel.
Der vierte Winkel beträgt .
Probe: ✓
Das Viereck ist ein Rechteck (oder Quadrat).
Lösung zu Aufgabe 4
Gegeben: , , . Gesucht: .
Schritt 1: Bekannte Winkel addieren.
Schritt 2: Von der Winkelsumme abziehen.
Der vierte Winkel beträgt .
Probe: ✓
Lösung zu Aufgabe 5
Gegeben: Gleichschenkliges Dreieck, ein Basiswinkel . Gesucht: Spitzenwinkel.
Beide Basiswinkel sind gleich gross, also je .
Der Winkel an der Spitze beträgt .
Probe: ✓
Lösung zu Aufgabe 6
Gegeben: , . Gesucht: alle drei Winkel.
Gleichung aufstellen:
Daraus folgt:
Die drei Winkel betragen , und .
Probe: ✓
Das ist ein rechtwinkliges Dreieck.
Lösung zu Aufgabe 7
Gegeben: Parallelogramm, ein Winkel . Gesucht: alle anderen Winkel.
Im Parallelogramm gilt: Gegenüberliegende Winkel sind gleich gross. Benachbarte Winkel ergänzen sich zu .
- Gegenüberliegender Winkel:
- Benachbarter Winkel:
- Gegenüber vom benachbarten Winkel:
Die vier Winkel sind: , , , .
Probe: ✓
Lösung zu Aufgabe 8
Gegeben: Winkel , , . Gesucht: alle drei Winkel.
Die drei Winkel sind:
Probe: ✓
Lösung zu Aufgabe 9
Gegeben: Drei gleiche Winkel und ein Winkel . Gesucht: .
Der vierte Winkel ist .
Die vier Winkel sind: , , , .
Probe: ✓
Lösung zu Aufgabe 10
Ein Sechseck hat Ecken.
Winkelsumme mit der Formel:
Erklärung über Dreiecke: Mit zwei nicht sich schneidenden Diagonalen teilst du ein Sechseck in vier Dreiecke auf. Jedes Dreieck hat eine Winkelsumme von . Vier Dreiecke ergeben .
Innenwinkel des regelmässigen Sechsecks: Alle sechs Winkel sind gleich gross.
Jeder Innenwinkel des regelmässigen Sechsecks beträgt .
Probe: ✓
Bemerkung: Das regelmässige Sechseck kommt in der Natur häufig vor. Bienenwaben haben diese Form. Der Grund: Das Sechseck füllt eine Fläche lückenlos aus, wie die Rechtecke eines Schachbretts. Dabei ist der Materialaufwand besonders gering.