Aufgaben zur Volumenberechnung
Mit diesen Aufgaben kannst du üben, das Volumen von Körpern in einem Koordinatensystem zu berechnen.
- 1
Berechne das Volumen des Parallelotops, das
durch die Punkte A(0∣0∣0) , B(5∣0∣0) , C(0∣5∣0) , D(0∣0∣5) aufgespannt wird.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Volumen eines Parallelotops
Berechne zuerst die Vektoren AB , AC und AD .
AB=B−A=500−000=500
AC=C−A=050−000=050
AD=D−A=005−000=005
Setze in die Formel für das Volumen eines Parallelotops ein: VParallelotop=det(AB,AC,AD) .
Und benutze die Eigenschaften der Determinante einer Diagonalmatrix .
V=det500050005
=∣5⋅5⋅5∣=∣125∣=125
Hinweis: Das durch die Punkte A, B, C und D aufgespannte Parallelotop ist ein Würfel. Man hätte daher auch das Volumen mit der Formel VWu¨rfel=a3 berechnen können, wobei a die Seitenlänge des Würfels ist.
Hast du eine Frage oder Feedback?
durch die Punkte A(0∣0∣0) , B(5∣1∣1) , C(0∣7∣2) , D(1∣0∣6) aufgespannt wird.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Volumen eines Parallelotops
Berechne zuerst die Vektoren AB , AC und AD .
AB=B−A=511−000=511
AC=C−A=072−000=072
AD=D−A=106−000=106
Setze in die Formel für das Volumen eines Parallelotops ein: VParallelotop=det(AB,AC,AD) .
V=det511072106
Benutze nun die Laplacesche Entwicklung nach 2. Spalte und berechne die daraus entstehenden 2×2−Matrizen mit Hilfe der Formel det(acbd)=ad−bc .
V=det511072106=0⋅(1106)+7⋅(5116)−2⋅(5110)
=∣7⋅(30−1)−2⋅(−1)∣
=∣203+2∣=∣205∣=205
Hast du eine Frage oder Feedback?
durch die Punkte A(1∣1∣1) , B(3∣1∣1) , C(1∣3∣1) , D(1∣1∣3) aufgespannt wird.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Volumen eines Parallelotops
Berechne zuerst die Vektoren AB , AC und AD .
AB=B−A=311−111=200
AC=C−A=131−111=020
AD=D−A=113−111=002
Setze in die Formel für das Volumen eines Parallelotops ein: VParallelotop=det(AB,AC,AD) .
Benutze die Eigenschaften der Determinante einer Diagonalmatrix .
V=det200020002
=∣2⋅2⋅2∣=∣8∣=8
Hinweis: Das durch die Punkte A , B , C und D aufgespannte Parallelotop ist ein Würfel . Man hätte daher auch das Volumen mit der Formel VWu¨rfel=a3 berechnen können, wobei a die Seitenlänge des Würfels ist.
Hast du eine Frage oder Feedback?
durch die Punkte A(2∣2∣1) , B(4∣0∣0) , C(0∣4∣0) , D(0∣0∣5) aufgespannt wird.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Volumen eines Parallelotops
Berechne zuerst die Vektoren AB , AC und AD .
AB=B−A=400−221=2−2−1
AC=C−A=040−221=−22−1
AD=D−A=005−221=−2−24
Setze in die Formel für das Volumen eines Parallelotops ein: VParallelotop=det(AB,AC,AD) .
Wende die Regel von Sarrus an.
V=det2−2−1−22−1−2−24
=∣16−4−4−4−4−16∣ = ∣−16∣ = 16
Hast du eine Frage oder Feedback?
durch die Punkte A(−2∣−3∣−1) , B(−5∣3∣0) , C(1∣4∣2) , D(−2∣3∣3) aufgespannt wird.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Volumen eines Parallelotops
Eine Skizze zu zeichnen ist hier vergleichsweise schwierig, das Volumen des Parallelotops lässt sich jedoch einfach berechnen.
Berechne zuerst die Vektoren AB , AC und AD .
AB=B−A=−530−−2−3−1=−301
AC=C−A=142−−2−3−1=373
AD=D−A=−233−−2−3−1=004
Setze in die Formel für das Volumen eines Parallelotops ein: VParallelotop=det(AB,AC,AD) .
Nutze dann die Laplacesche Entwicklung nach 3. Spalte und berechne dann die 2×2−Matrix mit Hilfe der Formel det(acbd)=ad−bc
V=det−301373004
=0⋅(0173)−0⋅(−3133)+4⋅(−3037)
=∣4⋅(−21)∣=∣−84∣=84
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 2
Berechne das Volumen des Tetraeders, das
durch die Eckpunkte A(0∣0∣0) , B(6∣0∣0) , C(0∣6∣0) , D(0∣0∣6) gegeben ist.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Volumen eines Tetraeders
Berechne die Vektoren AB , AC , AD .
AB=B−A=600−000=600
AC=C−A=060−000=060
AD=D−A=006−000=006
Setze in die Formel für das Volumen eines Tetraeders ein: VTetraeder=61⋅det(AB,AC,AD)
V=61⋅600060006
Benutze nun die Eigenschaften der Determinante einer Diagonalmatrix .
V=61⋅600060006=61⋅∣6⋅6⋅6∣=61⋅∣216∣=36
Hast du eine Frage oder Feedback?
durch die Eckpunkte A(−2∣−2∣0) , B(−2∣2∣0) , C(−1∣5∣0) , D(0∣−3∣3) gegeben ist.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Volumen eines Tetraeders
Berechne die Vektoren AB , AC , AD .
AB=B−A=−220−−2−20=040
AC=C−A=−150−−2−20=170
AD=D−A=0−33−−2−20=2−13
Setze in die Formel für das Volumen eines Tetraeders ein: VTetraeder=61⋅det(AB,AC,AD)
V=61⋅0401702−13
Verwende die Laplacesche Entwicklung nach der 1. Spalte und benutze die Eigenschaften der Determinante einer oberen Dreiecksmatrix .
V=61⋅0401702−13=61⋅0⋅(70−13)−4⋅(1023)+0⋅(172−1)
=61⋅−4⋅(1023)
=61⋅∣−4⋅3∣
=61⋅∣−12∣=612=2
Hast du eine Frage oder Feedback?
durch die Eckpunkte A(−3∣−4∣−1) , B(−4∣−1∣−3) , C(−1∣−3∣−4) , D(−2∣−1∣0) gegeben ist.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Volumen eines Tetraeders
Berechne die Vektoren AB , AC , AD .
AB=B−A=−4−1−3−−3−4−1=−13−2
AC=C−A=−1−3−4−−3−4−1=21−3
AD=D−A=−2−10−−3−4−1=131
Setze in die Formel für das Volumen eines Tetraeders ein: VTetraeder=61⋅det(AB,AC,AD) und wende die Regel von Sarrus an.
V=61⋅−13−221−3131
=61⋅∣−1−12−9+2−9−6∣
=61⋅∣−35∣=635
Hast du eine Frage oder Feedback?
durch die Eckpunkte A(4∣1∣0) , B(4∣6∣−1) , C(0∣4∣−1) , D(5∣5∣−2,5) gegeben ist.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Volumen eines Tetraeders
Berechne die Vektoren AB , AC , AD .
AB=B−A=46−1−410=05−1
AC=C−A=04−1−410=−43−1
AD=D−A=55−2,5−410=14−2,5
Setze in die Formel für das Volumen eines Tetraeders ein: VTetraeder=61⋅det(AB,AC,AD)
V=61⋅05−1−43−114−2,5
Wende die Laplacesche Entwicklung nach der 1. Spalte an.
Berechne dann die 2×2−Matrizen mit Hilfe der Formel det(acbd)=ad−bc .
V=61⋅05−1−43−114−2,5=61⋅0⋅(3−14−2,5)−5⋅(−4−11−2,5)+(−1)⋅(−4314)
=61⋅∣−5⋅(10+1)+(−1)⋅(−16−3)∣
=61⋅∣−55+19∣
=61⋅∣−36∣=6
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 3
Berechne das Volumen der Pyramide, die
durch die Eckpunkte A(0∣0∣0) , B(6∣0∣0) , C(0∣6∣0) , D(6∣6∣0) und die Spitze S(3∣3∣6) gegeben ist.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Pyramide
Berechne zuerst die Vektoren AB , AC und AS .
AB=B−A=600−000=600
AC=C−A=060−000=060
AS=S−A=336−000=336
Setze in die Formel für das Volumen einer Pyramide ein: VPyramide=31⋅det(AB,AC,AD).
V=31⋅det600060336
V=31⋅det600060336=31⋅∣6⋅6⋅6∣=31⋅∣216∣=72
Hast du eine Frage oder Feedback?
durch die Eckpunkte A(0∣0∣1) , B(−4∣−1∣−1) , C(−2∣6∣1) , D(−6∣5∣−1) und die Spitze S(−3∣−1∣−4) gegeben ist.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Pyramide
Für das Volumen einer Pyramide mit einem Parallelogramm als Grundfläche gibt es diese Formel:
Um sie anwenden zu können musst du aber erst zeigen, dass die Grundfläche ein Parallelogramm ist.
Berechne dazu die Vektoren AB , AC, BD, CD und AS.
AB=B−A=−4−1−1−001=−4−1−2
AC=C−A=−261−001=−260
BD=D−B=−65−1−−4−1−1=−260
CD=D−C=−65−1−−261=−4−1−2
Du siehst, dass mit AB und CD , sowie AC und BD jeweils Vektoren gegenüberliegender Seiten gleich sind. Deshalb sind diese Seiten parallel und die Grundfläche ist ein Parallelogramm.
AS=S−A=−3−1−4−001=−3−1−5
Setze in die Formel für das Volumen einer Pyramide ein: VPyramide=31⋅det(AB,AC,AS).
V=31⋅det−4−1−2−260−3−1−5
Berechne die Determinante mit der Laplace-schen Entwicklung nach 2. Spalte.
V=31⋅det−4−1−2−260−3−1−5=31⋅−(−2)⋅(−1−2−1−5)+6⋅(−4−2−3−5)−0⋅(−4−1−3−1)
Berechne die 2×2−Matrizen mit Hilfe der Formel det(acbd)=ad−bc.
V=...=31⋅∣2⋅(5−2)+6⋅(20−6)∣
=31⋅∣6+84∣=390=30
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 4
Ein Tetraeder hat eine Grundfläche, die durch die Eckpunkte A(0∣0∣0) , B(6∣0∣0) und C(0∣6∣0) festgelegt ist. Die Spitze S liegt mittig über AB.
Bestimme mögliche Koordinaten von S so, dass das Volumen des Tetraeders ABCS genau 51 Volumeneinheiten (VE) beträgt.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Flächenberechnung in der analytischen Geometrie
Gegeben:
A(0∣0∣0), B(6∣0∣0), C(0∣6∣0)
V=51VE
Überlege dir die Volumenformel.
Das Volumen kannst du mit der elementargeometrischen Formel V=31⋅G⋅h rechnen.
Vektoriell kannst du das Volumen auch über diese Formel bestimmen:
Da du bisher nicht viele Informationen über den Punkt S hast, verwendest du am Besten die elementargeometrische Formel.
Grundfläche G berechnen
G=ADreieck=21 AB×AC
Bestimme zunächst die Vektoren AB und AC.
AB=600−000=600
AC=060−000=060
Setze in die Formel ein.
ADreieck = 21⋅600×060 ↓ Berechne zuerst das Kreuzprodukt.
= 21⋅0036 ↓ Berechne dann den Betrag des Vektors.
= 21⋅02+02+362 = 18 Jetzt hast du die Grundfläche der Pyramide!
Setze das gegebene Volumen und die Grundfläche ein.
Berechnung der Höhe
Löse die elementargeometrische Volumenformel nach h auf.
V = 31⋅G⋅h ⋅3 3V = G⋅h :G G3V = h Setze das gegebene Volumen und die zuvor berechnete Grundfläche ein.
h = G3V ↓ Setze V=51VE und G=ADreieck=18 ein.
= 183⋅51 = 8,5 Bestimmen der Koordinaten von S
Bestimme den Höhenfußpunkt M. Du weißt aus der Angabe, das die Spitze mittig über AB liegt.
Berechne den Mittelpunkt M der Strecke AB.
A(0∣0∣0), B(6∣0∣0)
M = 21(A+B) ↓ Setze die Punkte A und B ein.
= 21000+600 = 300 Bringe den Höhenvektor auf die richtige Länge
Das Vektorprodukt liefert dir nicht nur eine Fläche, sondern auch einen Vektor, der auf beide Vektoren der Grundfläche senkrecht steht. Diese Eigenschaft muss die Höhe haben!
Allerdings hat der Vektor h=0036 noch nicht die richtige Länge!
Im Moment hat er die Länge 36LE, wir wollen nur 8,5LE.
Teile dafür durch die aktuelle Länge und multipliziere mit der gewünschten Länge.
h=368,5⋅0036=008,5
Setze den Vektor h an den Punkt M
S = M+h = 300+008,5 = 308,5 Hast du eine Frage oder Feedback?
Welcher weitere Punkt S erfüllt die Vorgabe, dass der Tetraeder ein Volumen von 51VE hat und M als Höhenfußpunkt besitzt?
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Flächenberechnung in der analytischen Geometrie
Versuche dir die Situation erst vorzustellen:
Die Spitze des fertigen Tetraeders liegt über der Grundfläche ABC.
Man bekommt das gleiche Volumen, wenn man vom Punkt M aus nach unten statt nach oben geht.
S2==M−h300−008,5=30−8,5
zusätzliche Visualisierung
Hast du eine Frage oder Feedback?
Dieses Werk steht unter der freien Lizenz
CC BY-SA 4.0 → Was bedeutet das?