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Geometrische Aufgaben mit LGS

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4137508
Ein Rechteck hat einen Umfang von \(30\,\text{cm}\). Wenn man die längere Seite um \(3\,\text{cm}\) verkürzt und die kürzere Seite um \(2\,\text{cm}\) verlängert, entsteht ein Quadrat. Berechne die Seitenlängen des ursprünglichen Rechtecks.

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Seitenlängen einer Figur, wenn sie ein Quadrat ist? - Kannst du eine Formel für den Umfang eines Rechtecks aufschreiben und die gegebenen Werte einsetzen? - Überlege dir, wie du die neuen Seitenlängen mithilfe der alten Seitenlängen ausdrücken kannst. - Skizziere das ursprüngliche Rechteck und das neue Quadrat.

Lösung

1. Variablen festlegen: \(l\) für die längere Seite und \(w\) für die kürzere Seite in \(\text{cm}\). 2. Gleichung für den Umfang aufstellen: \(2 \cdot (l + w) = 30\), vereinfacht zu \(l + w = 15\). 3. Gleichung für die Quadrat-Eigenschaft aufstellen: Da nach der Änderung ein Quadrat entsteht, müssen die neuen Seiten gleich lang sein: \(l - 3 = w + 2\). Umgeformt ergibt dies \(l - w = 5\). 4. Lineares Gleichungssystem lösen: Addieren der Gleichungen \((l + w) + (l - w) = 15 + 5\) ergibt \(2l = 20\), also \(l = 10\). 5. Einsetzen in die erste Gleichung: \(10 + w = 15\) ergibt \(w = 5\). Die Seiten des ursprünglichen Rechtecks sind \(10\,\text{cm}\) und \(5\,\text{cm}\).

Antwort

Die Seitenlängen des ursprünglichen Rechtecks betragen \(10\,\text{cm}\) und \(5\,\text{cm}\).
4138138
Ein rechteckiger Sportplatz hat einen Umfang von \(300\,\text{m}\). Ein zweiter, quadratischer Platz hat als Seitenlänge genau die Länge der längeren Seite des ersten Platzes. Der Umfang des quadratischen Platzes ist um \(160\,\text{m}\) größer als der des rechteckigen Platzes. Wie lang und wie breit ist der rechteckige Sportplatz?

Denkanstöße

- Kannst du die Informationen aus dem Text in zwei separate Gleichungen übersetzen? - Welche Beziehung besteht zwischen der Seitenlänge des Quadrats und den Maßen des Rechtecks? - Wie hängen Umfang und Seitenlängen bei einem Rechteck und bei einem Quadrat zusammen?

Lösung

1. Variablen \(l\) für die Länge und \(w\) für die Breite des rechteckigen Platzes festlegen. 2. Gleichungssystem aufstellen: \(2 \cdot (l + w) = 300\) und \(4 \cdot l = 300 + 160\). 3. Die zweite Gleichung nach \(l\) auflösen: \(4l = 460 \Rightarrow l = 115\). 4. Den Wert für \(l\) in die vereinfachte erste Gleichung \(l + w = 150\) einsetzen: \(115 + w = 150 \Rightarrow w = 35\). 5. Die Seitenlängen des rechteckigen Platzes betragen \(115\,\text{m}\) und \(35\,\text{m}\).

Antwort

Der rechteckige Sportplatz ist \(115\,\text{m}\) lang und \(35\,\text{m}\) breit.
4140628
In einem Dreieck ist der Winkel \(\beta\) doppelt so groß wie der Winkel \(\alpha\). Der dritte Winkel \(\gamma\) ist um \(30^\circ\) kleiner als \(\beta\). Berechne die Größen der drei Innenwinkel \(\alpha\), \(\beta\) und \(\gamma\).

Denkanstöße

- Wie groß ist die Summe aller Winkel in einem Dreieck? - Kannst du alle Winkel durch den Winkel \(\alpha\) ausdrücken? - Stelle eine Gleichung auf, in der nur noch eine Unbekannte vorkommt. - Überprüfe am Ende, ob deine drei Ergebnisse zusammen wirklich den erwarteten Gesamtwert ergeben.

Lösung

1. Aufstellen der Gleichungen basierend auf den Informationen: Die Winkelsumme im Dreieck beträgt \(\alpha + \beta + \gamma = 180^\circ\). Die Beziehungen lauten \(\beta = 2\alpha\) und \(\gamma = \beta - 30^\circ = 2\alpha - 30^\circ\). 2. Einsetzen der Ausdrücke für \(\beta\) und \(\gamma\) in die Summengleichung: \(\alpha + 2\alpha + (2\alpha - 30^\circ) = 180^\circ\). 3. Zusammenfassen der Terme: \(5\alpha - 30^\circ = 180^\circ\). 4. Lösen nach \(\alpha\): \(5\alpha = 210^\circ\), woraus \(\alpha = 42^\circ\) folgt. 5. Berechnen der weiteren Winkel: \(\beta = 2 \cdot 42^\circ = 84^\circ\) und \(\gamma = 84^\circ - 30^\circ = 54^\circ\).

Antwort

\(\alpha = 42^\circ\), \(\beta = 84^\circ\), \(\gamma = 54^\circ\)
4242648
Ein Rechteck hat einen Umfang von \(34\,\text{cm}\). Wenn man die Länge dieses Rechtecks um \(2\,\text{cm}\) verkürzt und gleichzeitig die Breite um \(3\,\text{cm}\) verlängert, entsteht ein Quadrat. Berechne die ursprüngliche Länge und Breite des Rechtecks.

Denkanstöße

- Wie hängen Umfang, Länge und Breite bei einem Rechteck zusammen? - Was zeichnet die Seitenlängen eines Quadrats im Vergleich zu einem Rechteck aus? - Kannst du für beide Bedingungen jeweils eine Gleichung mit zwei Unbekannten aufstellen? - Welches Verfahren (Einsetzungs-, Gleichsetzungs- oder Additionsverfahren) erscheint dir hier am einfachsten?

Lösung

1. Variablen festlegen: \(l\) für die Länge und \(b\) für die Breite des ursprünglichen Rechtecks (in \(\text{cm}\)). 2. Gleichungssystem aufstellen: (I) \(2l + 2b = 34\) (Umfangsformel) (II) \(l - 2 = b + 3\) (Bedingung für das Quadrat: alle Seiten gleich lang) 3. Gleichung (I) vereinfachen: \(l + b = 17\). 4. Gleichung (II) umstellen: \(l - b = 5\). 5. LGS lösen (z. B. Additionsverfahren): \((l + b) + (l - b) = 17 + 5 \Rightarrow 2l = 22 \Rightarrow l = 11\). 6. Wert für \(b\) berechnen: \(11 + b = 17 \Rightarrow b = 6\). 7. Ergebnis: Die ursprüngliche Länge beträgt \(11\,\text{cm}\), die Breite \(6\,\text{cm}\).

Antwort

Die ursprüngliche Länge des Rechtecks beträgt \(11\,\text{cm}\) und die ursprüngliche Breite beträgt \(6\,\text{cm}\).
4137518
Ein rechteckiges Gartenbeet hat einen Umfang von \(40\,\text{m}\). Der Gärtner beschließt, die Form des Beetes zu verändern. Er vergrößert die Länge um \(2\,\text{m}\) und verkleinert die Breite um \(2\,\text{m}\). Dadurch verringert sich der Flächeninhalt des Beetes um \(12\,\text{m}^2\). Bestimme die ursprünglichen Maße des Beetes.

Denkanstöße

- Stelle zuerst eine Gleichung für den Umfang auf und vereinfache sie so weit wie möglich. - Schreibe Terme für den alten und den neuen Flächeninhalt auf. - Achte beim Subtrahieren der Flächeninhalte besonders auf die Klammern und die Vorzeichen. - Welches Verfahren (Einsetzungs-, Gleichsetzungs- oder Additionsverfahren) bietet sich hier nach der Vereinfachung an?

Lösung

1. Variablen definieren: \(l\) für die Länge und \(w\) für die Breite in \(\text{m}\). 2. Umfangsgleichung: \(2 \cdot (l + w) = 40 \implies l + w = 20\). 3. Flächengleichung aufstellen: Ursprüngliche Fläche \(A_1 = l \cdot w\). Neue Fläche \(A_2 = (l + 2) \cdot (w - 2)\). 4. Bedingung für die Flächenänderung: \(A_1 - A_2 = 12\). Einsetzen ergibt \(l \cdot w - (l + 2) \cdot (w - 2) = 12\). 5. Vereinfachen: \(l \cdot w - (l \cdot w - 2l + 2w - 4) = 12 \implies 2l - 2w + 4 = 12 \implies 2l - 2w = 8 \implies l - w = 4\). 6. LGS lösen: Aus \(l + w = 20\) und \(l - w = 4\) folgt durch Addition \(2l = 24\), also \(l = 12\). Durch Einsetzen erhält man \(w = 8\). Das Beet war ursprünglich \(12\,\text{m}\) lang und \(8\,\text{m}\) breit.

Antwort

Das ursprüngliche Beet hat eine Länge von \(12\,\text{m}\) und eine Breite von \(8\,\text{m}\).
4137668
In einem Rechteck beträgt der Umfang \(54\,\text{cm}\). Die längere Seite des Rechtecks ist genau \(3\,\text{cm}\) kürzer als das Doppelte der kürzeren Seite. Berechne die Längen der beiden Seiten.

Denkanstöße

- Erinnere dich an die Formel für den Umfang eines Rechtecks. - Wie kannst du den Satz über das Verhältnis der Seitenlängen in eine mathematische Gleichung übersetzen? - Es ist oft hilfreich, eine der Variablen direkt durch die andere zu ersetzen, wenn eine Gleichung bereits nach einer Seite aufgelöst ist.

Lösung

1. Definition der Variablen: Länge \(l\) (längere Seite) und Breite \(b\) (kürzere Seite). 2. Aufstellen des Gleichungssystems: \(2 \cdot (l + b) = 54\) (Umfangsformel) und \(l = 2b - 3\) (Verhältnis der Seiten). 3. Vereinfachung der Umfangsgleichung: \(l + b = 27\). 4. Einsetzen des Ausdrucks für \(l\) in die vereinfachte Umfangsgleichung: \((2b - 3) + b = 27\). 5. Zusammenfassen und Lösen nach \(b\): \(3b - 3 = 27 \Rightarrow 3b = 30 \Rightarrow b = 10\). 6. Berechnung der Länge \(l\): \(l = 2 \cdot 10 - 3 = 17\). 7. Ergebnis: Die Seitenlängen betragen \(17\,\text{cm}\) und \(10\,\text{cm}\).

Antwort

Die Seiten des Rechtecks sind \(17\,\text{cm}\) und \(10\,\text{cm}\) lang.
4137908
Der Umfang eines Rechtecks beträgt \(50\,\text{cm}\). Wenn man die ursprüngliche Länge um \(5\,\text{cm}\) vergrößert und die ursprüngliche Breite verdoppelt, vergrößert sich der Umfang auf \(80\,\text{cm}\). Bestimme die ursprüngliche Länge und Breite des Rechtecks.

Denkanstöße

- Wie berechnet man den Umfang eines Rechtecks? - Überlege dir, wie die neuen Seitenlängen im Vergleich zu den alten aussehen. - Versuche, für den ersten und den zweiten Zustand jeweils eine Formel aufzustellen. - Kannst du eine der Gleichungen so vereinfachen, dass eine Variable leicht wegfällt?

Lösung

1. Variablen festlegen: \(x\) für die ursprüngliche Länge und \(y\) für die ursprüngliche Breite in \(\text{cm}\). 2. Gleichung für den ursprünglichen Umfang: \(2x + 2y = 50\), vereinfacht zu \(x + y = 25\). 3. Gleichung für den neuen Umfang: \(2(x + 5) + 2(2y) = 80\). 4. Vereinfachung der zweiten Gleichung: \(2x + 10 + 4y = 80 \implies 2x + 4y = 70 \implies x + 2y = 35\). 5. Subtraktionsverfahren: \((x + 2y) - (x + y) = 35 - 25 \implies y = 10\). 6. Berechnung von \(x\): \(x + 10 = 25 \implies x = 15\). Die ursprüngliche Länge beträgt \(15\,\text{cm}\) und die Breite \(10\,\text{cm}\).

Antwort

Die ursprüngliche Länge beträgt \(15\,\text{cm}\) und die Breite \(10\,\text{cm}\).
4137968
Bei einem Rechteck ist die Länge \(l\) genau \(4\,\text{cm}\) länger als die Breite \(b\). Wenn man die Länge des Rechtecks verdoppelt und die Breite beibehält, vergrößert sich der Umfang des Rechtecks um \(20\,\text{cm}\). Berechne die ursprüngliche Länge und Breite des Rechtecks.

Denkanstöße

- Wie berechnet man den Umfang eines Rechtecks? - Was passiert mit der Formel für den Umfang, wenn sich nur eine Seite ändert? - Schreibe auf, wie lang die Seiten vor und nach der Änderung sind. - Welche Information im Text hilft dir, eine Beziehung zwischen Länge und Breite herzustellen?

Lösung

1. Definition der Variablen: \(l\) für die ursprüngliche Länge und \(b\) für die ursprüngliche Breite in \(\text{cm}\). 2. Aufstellen der ersten Gleichung: \(l = b + 4\). 3. Aufstellen der Umfangsformeln: Der ursprüngliche Umfang ist \(U_1 = 2l + 2b\). Der neue Umfang ist \(U_2 = 2 \cdot (2l) + 2b = 4l + 2b\). 4. Aufstellen der zweiten Gleichung aus der Umfangsdifferenz: \(U_2 - U_1 = 20 \implies (4l + 2b) - (2l + 2b) = 20\). 5. Vereinfachen der zweiten Gleichung: \(2l = 20 \implies l = 10\). 6. Berechnung von \(b\): Einsetzen in die erste Gleichung ergibt \(10 = b + 4 \implies b = 6\). Die ursprüngliche Länge beträgt \(10\,\text{cm}\) und die Breite \(6\,\text{cm}\).

Antwort

Die ursprüngliche Länge beträgt \(10\,\text{cm}\) und die ursprüngliche Breite beträgt \(6\,\text{cm}\).
4138028
In einem gleichschenkligen Dreieck ist der Winkel an der Spitze um \(15^\circ\) größer als einer der beiden Basiswinkel. Bestimme die Maße aller drei Innenwinkel des Dreiecks mithilfe eines Gleichungssystems.

Denkanstöße

- Was weißt du über die Summe aller Winkel in einem Dreieck? - Was ist das Besondere an den Basiswinkeln eines gleichschenkligen Dreiecks? - Kannst du eine Gleichung aufstellen, die den Zusammenhang zwischen den Winkeln beschreibt? - Überprüfe am Ende, ob deine berechneten Winkel zusammen \(180^\circ\) ergeben.

Lösung

1. Definition der Variablen: Sei \(\alpha\) der Basiswinkel und \(\gamma\) der Winkel an der Spitze. 2. Aufstellen des Gleichungssystems: - Winkelsumme im Dreieck: \(2\alpha + \gamma = 180^\circ\) (da Basiswinkel in einem gleichschenkligen Dreieck gleich groß sind). - Bedingung aus dem Text: \(\gamma = \alpha + 15^\circ\). 3. Einsetzen der Bedingung in die Winkelsumme: \(2\alpha + (\alpha + 15^\circ) = 180^\circ\). 4. Zusammenfassen: \(3\alpha + 15^\circ = 180^\circ \implies 3\alpha = 165^\circ\). 5. Lösen nach \(\alpha\): \(\alpha = 55^\circ\). 6. Berechnen von \(\gamma\): \(\gamma = 55^\circ + 15^\circ = 70^\circ\). 7. Die Winkel betragen \(55^\circ\), \(55^\circ\) und \(70^\circ\).

Antwort

Die beiden Basiswinkel betragen jeweils \(55^\circ\) und der Winkel an der Spitze beträgt \(70^\circ\).
4138058
Drei Geraden sind durch die folgenden Gleichungen in der allgemeinen Form gegeben: \(L_1: x - y = -2\) \(L_2: 2x + y = 8\) \(L_3: x + 2y = 4\) Bestimme rechnerisch die Koordinaten der Eckpunkte des Dreiecks, das durch die Schnittpunkte dieser Geraden entsteht.

Denkanstöße

- Welches Verfahren (Einsetzungs-, Gleichsetzungs- oder Additionsverfahren) eignet sich hier am besten für die jeweiligen Paare? - Kannst du die Gleichungen so umstellen, dass eine Variable alleine steht? - Überprüfe deine Ergebnisse, indem du die Koordinaten in die jeweils andere Gleichung des Paares einsetzt.

Lösung

1. Schnittpunkt von \(L_1\) und \(L_2\): Addition der Gleichungen \(x - y = -2\) und \(2x + y = 8\) eliminiert \(y\) und ergibt \(3x = 6\), also \(x = 2\). Einsetzen in \(L_1\) liefert \(2 - y = -2\), woraus \(y = 4\) folgt. Eckpunkt: \((2|4)\). 2. Schnittpunkt von \(L_1\) und \(L_3\): Auflösen von \(L_1\) nach \(y = x + 2\) und Einsetzen in \(L_3\) ergibt \(x + 2(x + 2) = 4\). Vereinfachen führt zu \(3x + 4 = 4\), also \(x = 0\). Daraus folgt \(y = 0 + 2 = 2\). Eckpunkt: \((0|2)\). 3. Schnittpunkt von \(L_2\) und \(L_3\): Auflösen von \(L_2\) nach \(y = 8 - 2x\) und Einsetzen in \(L_3\) ergibt \(x + 2(8 - 2x) = 4\). Dies führt zu \(-3x + 16 = 4\), also \(-3x = -12\) und \(x = 4\). Daraus folgt \(y = 8 - 2 \cdot 4 = 0\). Eckpunkt: \((4|0)\).

Antwort

Die Eckpunkte des Dreiecks liegen bei \((2|4)\), \((0|2)\) und \((4|0)\).
4138148
Ein Rechteck hat einen Umfang von \(40\,\text{cm}\). Wenn man eine Seite um \(3\,\text{cm}\) verlängert und die andere um \(2\,\text{cm}\) verkürzt, bleibt der Flächeninhalt des Rechtecks unverändert. Berechne die ursprünglichen Seitenlängen des Rechtecks.

Denkanstöße

- Stelle eine Formel für den Umfang und eine für den Flächeninhalt auf. - Was bedeutet es für die Gleichung, wenn sich der Flächeninhalt „nicht verändert“? - Wie kannst du das Produkt zweier Klammern wie \((x + 3) \cdot (y - 2)\) vereinfachen?

Lösung

1. Seitenlängen als \(x\) und \(y\) definieren und Gleichungssystem aufstellen: \(2 \cdot (x + y) = 40\) und \((x + 3) \cdot (y - 2) = x \cdot y\). 2. Erste Gleichung zu \(x = 20 - y\) umformen. 3. Zweite Gleichung ausmultiplizieren und vereinfachen: \(x \cdot y - 2x + 3y - 6 = x \cdot y \Rightarrow -2x + 3y = 6\). 4. Substitution von \(x\): \(-2 \cdot (20 - y) + 3y = 6 \Rightarrow -40 + 2y + 3y = 6 \Rightarrow 5y = 46 \Rightarrow y = 9{,}2\). 5. Berechnung der zweiten Seite: \(x = 20 - 9{,}2 = 10{,}8\). 6. Die ursprünglichen Seitenlängen sind \(10{,}8\,\text{cm}\) und \(9{,}2\,\text{cm}\).

Antwort

Die Seitenlängen des Rechtecks betragen \(10{,}8\,\text{cm}\) und \(9{,}2\,\text{cm}\).
4140638
Ein gleichschenkliges Dreieck hat zwei gleich große Basiswinkel \(\alpha\) und \(\beta\) sowie einen Winkel an der Spitze \(\gamma\). Der Winkel \(\gamma\) ist genau \(1{,}5\)-mal so groß wie die Summe der beiden Basiswinkel zusammen. Bestimme die Maße aller drei Winkel.

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Winkel, wenn ein Dreieck gleichschenklig ist? - Versuche, den Winkel \(\gamma\) mithilfe von \(\alpha\) zu beschreiben. - Nutze die Information über die Summe der Innenwinkel, um eine Gleichung zu bilden.

Lösung

1. Festlegen der Bedingungen: Da das Dreieck gleichschenklig ist, gilt \(\alpha = \beta\). Die Winkelsumme ist \(2\alpha + \gamma = 180^\circ\). 2. Nutzen der gegebenen Beziehung: \(\gamma = 1{,}5 \cdot (\alpha + \beta) = 1{,}5 \cdot (2\alpha) = 3\alpha\). 3. Einsetzen in die Winkelsumme: \(2\alpha + 3\alpha = 180^\circ\). 4. Lösen der Gleichung: \(5\alpha = 180^\circ\), also \(\alpha = 36^\circ\). 5. Bestimmen aller Winkel: Da \(\alpha = \beta\), ist \(\beta = 36^\circ\). Der Spitzenwinkel ist \(\gamma = 3 \cdot 36^\circ = 108^\circ\).

Antwort

\(\alpha = 36^\circ\), \(\beta = 36^\circ\), \(\gamma = 108^\circ\)
4243308
Ein Gärtner möchte ein rechteckiges Blumenbeet mit einem Umfang von \(84\,\text{m}\) anlegen. Dabei soll die Länge des Beets \(6\,\text{m}\) kürzer sein als das Dreifache seiner Breite. Ein Auszubildender behauptet: „Dann muss das Beet ja mindestens \(15\,\text{m}\) breit sein!“ Untersuche, ob der Auszubildende recht hat, indem du die Seitenlängen des Beets berechnest.

Denkanstöße

- Wie berechnet man den Umfang eines Rechtecks? - Kannst du die Beziehung zwischen Länge und Breite als Gleichung schreiben? - Wenn du die Breite berechnet hast, vergleiche sie mit dem Wert aus der Behauptung. - Vergiss nicht, dass der Umfang aus zwei Längen und zwei Breiten besteht.

Lösung

1. Definition der Variablen: \(b\) für die Breite in \(\text{m}\) und \(l\) für die Länge in \(\text{m}\). 2. Aufstellen des Gleichungssystems basierend auf Umfang und Längenverhältnis: I: \(2l + 2b = 84\) (bzw. \(l + b = 42\)) II: \(l = 3b - 6\) 3. Einsetzen von Gleichung II in die vereinfachte Gleichung I: \((3b - 6) + b = 42\). 4. Lösen nach \(b\): \(4b - 6 = 42 \Rightarrow 4b = 48 \Rightarrow b = 12\). 5. Bestimmung der Länge \(l\): \(l = 3 \cdot 12 - 6 = 30\). 6. Überprüfung der Behauptung: Die Breite beträgt \(12\,\text{m}\). Da \(12 < 15\), ist die Behauptung des Auszubildenden falsch.

Antwort

Der Auszubildende hat nicht recht. Das Beet ist \(12\,\text{m}\) breit und \(30\,\text{m}\) lang.
4138008
Ein Rechteck hat eine Länge \(l\) und eine Breite \(b\). Wenn man die Länge um \(2\,\text{cm}\) vergrößert und die Breite um \(1\,\text{cm}\) verkleinert, ändert sich der Flächeninhalt des Rechtecks nicht. Wenn man hingegen die Länge um \(1\,\text{cm}\) verkleinert und die Breite um \(2\,\text{cm}\) vergrößert, nimmt der Flächeninhalt um \(12\,\text{cm}^2\) zu. Bestimme die ursprünglichen Maße des Rechtecks.

Denkanstöße

- Wie berechnet man den Flächeninhalt eines Rechtecks? - Überlege, wie die neuen Seitenlängen im Vergleich zu den alten aussehen. - Stelle zwei Gleichungen auf, indem du die neuen Flächeninhalte mit dem ursprünglichen Flächeninhalt \(l \cdot b\) vergleichst. - Beim Ausmultiplizieren der Klammern wird sich der Term \(l \cdot b\) auf beiden Seiten der Gleichung aufheben.

Lösung

1. Variablen festlegen: \(l\) für die ursprüngliche Länge und \(b\) für die ursprüngliche Breite (in \(\text{cm}\)). Der ursprüngliche Flächeninhalt ist \(l \cdot b\). 2. Erste Bedingung aufstellen: \((l + 2)(b - 1) = l \cdot b\). Ausmultiplizieren ergibt \(l \cdot b - l + 2b - 2 = l \cdot b\), was sich zu \(-l + 2b = 2\) vereinfacht. 3. Zweite Bedingung aufstellen: \((l - 1)(b + 2) = l \cdot b + 12\). Ausmultiplizieren ergibt \(l \cdot b + 2l - b - 2 = l \cdot b + 12\), was sich zu \(2l - b = 14\) vereinfacht. 4. Gleichungssystem lösen: Aus der ersten Gleichung folgt \(l = 2b - 2\). Einsetzen in die zweite: \(2(2b - 2) - b = 14 \Rightarrow 4b - 4 - b = 14 \Rightarrow 3b = 18 \Rightarrow b = 6\). 5. Länge berechnen: \(l = 2 \cdot 6 - 2 = 10\). 6. Ergebnis: Die Länge ist \(10\,\text{cm}\) und die Breite ist \(6\,\text{cm}\).

Antwort

Die ursprüngliche Länge des Rechtecks beträgt \(10\,\text{cm}\) und die ursprüngliche Breite beträgt \(6\,\text{cm}\).
4140648
In einem rechtwinkligen Dreieck ist einer der beiden spitzen Winkel \(\alpha\) um \(12^\circ\) größer als das Dreifache des anderen spitzen Winkels \(\beta\). Berechne die Maße der beiden Winkel \(\alpha\) und \(\beta\).

Denkanstöße

- Wie groß ist die Summe der beiden spitzen Winkel in einem rechtwinkligen Dreieck? - Kannst du ein System aus zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten aufstellen? - Welches Verfahren (Einsetzungsverfahren, Gleichsetzungsverfahren) eignet sich hier am besten?

Lösung

1. Aufstellen des Gleichungssystems: Da das Dreieck rechtwinklig ist, beträgt die Summe der beiden spitzen Winkel \(\alpha + \beta = 90^\circ\). Die zweite Bedingung lautet \(\alpha = 3\beta + 12^\circ\). 2. Einsetzen der zweiten Gleichung in die erste: \((3\beta + 12^\circ) + \beta = 90^\circ\). 3. Zusammenfassen und Lösen nach \(\beta\): \(4\beta + 12^\circ = 90^\circ\), also \(4\beta = 78^\circ\). Dies ergibt \(\beta = 19{,}5^\circ\). 4. Berechnen von \(\alpha\): \(\alpha = 90^\circ - 19{,}5^\circ = 70{,}5^\circ\) (oder über die zweite Gleichung: \(3 \cdot 19{,}5^\circ + 12^\circ = 58{,}5^\circ + 12^\circ = 70{,}5^\circ\)).

Antwort

\(\alpha = 70{,}5^\circ\), \(\beta = 19{,}5^\circ\)
4141728
Ein Rechteck hat eine besondere Eigenschaft: Verkürzt man seine Länge um \(3\,\text{cm}\) und verlängert gleichzeitig seine Breite um \(2\,\text{cm}\), so entsteht ein Quadrat. Dieses Quadrat hat exakt denselben Flächeninhalt wie das ursprüngliche Rechteck. Berechne die Seitenlängen des ursprünglichen Rechtecks.

Denkanstöße

- Welche geometrischen Eigenschaften hat ein Quadrat im Vergleich zu einem Rechteck? - Wie berechnet man den Flächeninhalt beider Figuren? - Kannst du eine Beziehung zwischen der ursprünglichen Länge und Breite herstellen, indem du die Information über die Entstehung des Quadrats nutzt? - Versuche, eine der Seitenlängen durch die andere auszudrücken, um die Flächengleichung zu vereinfachen.

Lösung

1. Variablen festlegen: \(L\) für die Länge und \(B\) für die Breite des Rechtecks in \(\text{cm}\). 2. Bedingung für das Quadrat aufstellen: Da bei einem Quadrat alle Seiten gleich lang sind, gilt \(L - 3 = B + 2\). Daraus folgt \(L = B + 5\). 3. Bedingung für den Flächeninhalt aufstellen: Der Flächeninhalt des Rechtecks (\(L \cdot B\)) ist gleich dem des Quadrats (\((L-3) \cdot (B+2)\)), also \(L \cdot B = (L - 3) \cdot (B + 2)\). 4. Substitution von \(L = B + 5\) in die Flächengleichung: \((B + 5) \cdot B = (B + 5 - 3) \cdot (B + 2)\). 5. Vereinfachen: \(B^2 + 5B = (B + 2) \cdot (B + 2) = B^2 + 4B + 4\). 6. Lösen der Gleichung: \(B^2 + 5B = B^2 + 4B + 4 \Rightarrow 5B = 4B + 4 \Rightarrow B = 4\). 7. Berechnung der Länge: \(L = 4 + 5 = 9\). 8. Ergebnis: Die ursprüngliche Länge beträgt \(9\,\text{cm}\) und die Breite \(4\,\text{cm}\).

Antwort

Das ursprüngliche Rechteck ist \(9\,\text{cm}\) lang und \(4\,\text{cm}\) breit.
4243648
Ein Gärtner möchte ein rechteckiges Beet anlegen. Er experimentiert mit den Maßen: Würde er die geplante Länge um \(2\,\text{m}\) vergrößern und gleichzeitig die Breite um \(1\,\text{m}\) verringern, so bliebe der Flächeninhalt des Beetes exakt gleich. Würde er jedoch die geplante Länge um \(3\,\text{m}\) verringern und die Breite um \(3\,\text{m}\) vergrößern, so würde der Flächeninhalt des Beetes um \(6\,\text{m}^2\) zunehmen. Bestimme die ursprünglich geplanten Maße (Länge und Breite) des Beetes.

Denkanstöße

- Wie berechnet man den Flächeninhalt eines Rechtecks? - Stelle für jede der beiden Änderungen eine Gleichung auf, die den neuen Flächeninhalt mit dem alten vergleicht. - Kürzen sich Terme weg, wenn du die Klammern auflöst? - Welches Verfahren eignet sich am besten, um das entstandene Gleichungssystem zu lösen?

Lösung

1. Definition der Variablen: \(l\) für die ursprüngliche Länge und \(w\) für die ursprüngliche Breite in Metern. Der Flächeninhalt ist \(A = l \cdot w\). 2. Aufstellen der ersten Gleichung: \((l + 2) \cdot (w - 1) = l \cdot w\). Ausmultiplizieren ergibt \(lw - l + 2w - 2 = lw\), was zu \(-l + 2w = 2\) vereinfacht wird. 3. Aufstellen der zweiten Gleichung: \((l - 3) \cdot (w + 3) = l \cdot w + 6\). Ausmultiplizieren ergibt \(lw + 3l - 3w - 9 = lw + 6\), was zu \(3l - 3w = 15\) bzw. \(l - w = 5\) vereinfacht wird. 4. Lösen des Systems: Aus der zweiten Gleichung folgt \(l = w + 5\). Einsetzen in die erste Gleichung ergibt \(-(w + 5) + 2w = 2 \implies -w - 5 + 2w = 2 \implies w = 7\). 5. Berechnung der Länge: \(l = 7 + 5 = 12\).

Antwort

Das Beet ist ursprünglich \(12\,\text{m}\) lang und \(7\,\text{m}\) breit.
4243988
Zwei Metallstangen, Stange \(A\) und Stange \(B\), können durch Verlängerungsstücke ergänzt werden. Es gibt ein langes Stück (\(50\,\text{cm}\)) und ein kurzes Stück (\(10\,\text{cm}\)). - Stange \(A\) ist mit dem langen Stück genau doppelt so lang wie Stange \(B\) mit dem kurzen Stück. - Stange \(B\) ist mit dem langen Stück genau \(\frac{3}{4}\) so lang wie Stange \(A\) mit dem kurzen Stück. Wie lang sind die beiden Metallstangen ursprünglich?

Denkanstöße

- Stelle für jede der beiden Bedingungen eine Gleichung mit zwei Variablen auf. - Achte darauf, wie die Klammern gesetzt werden müssen, wenn sich die Längenänderung auf die gesamte Stange bezieht. - Überlege, wie du den Bruch in der zweiten Gleichung am geschicktesten eliminieren kannst. - Prüfe dein Ergebnis, indem du die berechneten Längen in die ursprünglichen Bedingungen einsetzt.

Lösung

1. Variablen festlegen: \(a\) für die Länge von Stange \(A\) und \(b\) für die Länge von Stange \(B\) in \(\text{cm}\). 2. Bedingung 1 als Gleichung: \(a + 50 = 2 \cdot (b + 10)\). 3. Bedingung 2 als Gleichung: \(b + 50 = \frac{3}{4} \cdot (a + 10)\). 4. Erste Gleichung nach \(a\) umformen: \(a = 2b + 20 - 50 = 2b - 30\). 5. Einsetzen in die zweite Gleichung: \(b + 50 = \frac{3}{4} \cdot (2b - 30 + 10) = \frac{3}{4} \cdot (2b - 20)\). 6. Mit \(4\) multiplizieren, um den Bruch zu eliminieren: \(4b + 200 = 3 \cdot (2b - 20) \Rightarrow 4b + 200 = 6b - 60\). 7. Nach \(b\) auflösen: \(260 = 2b \Rightarrow b = 130\). 8. \(a\) berechnen: \(a = 2 \cdot 130 - 30 = 230\).

Antwort

Stange \(A\) ist \(230\,\text{cm}\) lang und Stange \(B\) ist \(130\,\text{cm}\) lang.
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Ein Theatersaal hat eine feste Anzahl an Sitzreihen mit jeweils der gleichen Anzahl an Plätzen pro Reihe. Für eine Modernisierung werden zwei Varianten geprüft: Variante A: Würde man 2 zusätzliche Reihen einbauen und in jeder Reihe 5 Plätze mehr schaffen, könnten 200 Zuschauer mehr Platz finden. Variante B: Würde man 5 Reihen entfernen und jede verbleibende Reihe um 2 Plätze kürzen, gäbe es insgesamt 150 Plätze weniger als bisher. Berechne, wie viele Reihen der Saal aktuell hat und wie viele Plätze sich in einer Reihe befinden.

Denkanstöße

- Stelle für jedes Szenario eine Gleichung auf, die den neuen Zustand mit dem alten Zustand vergleicht. - Achte beim Ausmultiplizieren der Klammern besonders auf die Vorzeichen. - Nach dem Vereinfachen erhältst du ein klassisches System mit zwei Variablen. - Überprüfe dein Ergebnis am Ende, indem du die Werte in die ursprünglichen Bedingungen einsetzt.

Lösung

1. Variablen festlegen: \(x\) für die Anzahl der Reihen, \(y\) für die Anzahl der Plätze pro Reihe. 2. Gleichungssystem aufstellen: \((x + 2) \cdot (y + 5) = xy + 200\) und \((x - 5) \cdot (y - 2) = xy - 150\). 3. Terme vereinfachen: Gleichung 1: \(xy + 5x + 2y + 10 = xy + 200 \implies 5x + 2y = 190\). Gleichung 2: \(xy - 2x - 5y + 10 = xy - 150 \implies 2x + 5y = 160\). 4. System lösen (z. B. Additionsverfahren): Erste Gleichung mit 5 multiplizieren (\(25x + 10y = 950\)), zweite Gleichung mit \(-2\) multiplizieren (\(-4x - 10y = -320\)). 5. Addition der Gleichungen: \(21x = 630 \implies x = 30\). 6. Einsetzen zur Bestimmung von \(y\): \(2 \cdot 30 + 5y = 160 \implies 60 + 5y = 160 \implies 5y = 100 \implies y = 20\).

Antwort

Der Theatersaal hat aktuell 30 Reihen mit jeweils 20 Plätzen pro Reihe.
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Eine Figur soll die Eigenschaften eines gleichschenkligen Trapezes mit einem Umfang von \(24\,\text{cm}\) haben. Die beiden Schenkel und die kürzere der beiden parallelen Seiten sollen alle gleich lang sein. Die längere Basis soll genau dreimal so lang sein wie eine dieser drei kürzeren Seiten. Berechne die daraus folgenden Seitenlängen und begründe mathematisch, ob ein solches nicht entartetes Trapez als ebene Figur existiert.

Denkanstöße

- Skizziere ein gleichschenkliges Trapez und markiere, welche Seiten laut Text gleich lang sind. - Wie berechnet man den Umfang eines Trapezes? - Stelle eine Gleichung für den Umfang und eine für das Verhältnis der Seiten auf. - Überlege dir, wie man die Höhe eines solchen Trapezes berechnen kann. Was sagt eine Höhe von Null über die Form aus? - Kann ein Dreieck (als Teil des Trapezes) existieren, wenn eine Seite so lang ist wie die Summe der anderen oder länger?

Lösung

1. Definition der Variablen: Sei \(x\) die Länge der drei kürzeren Seiten (Schenkel \(s\) und kürzere Basis \(c\)) und \(y\) die Länge der längeren Basis \(a\). 2. Aufstellen des Gleichungssystems: - Umfang: \(y + 3x = 24\). - Seitenverhältnis: \(y = 3x\). 3. Lösen des Systems: \(3x + 3x = 24 \implies 6x = 24 \implies x = 4\). 4. Berechnen von \(y\): \(y = 3 \cdot 4 = 12\). 5. Die Seitenlängen sind \(4\,\text{cm}\), \(4\,\text{cm}\), \(4\,\text{cm}\) und \(12\,\text{cm}\). 6. Existenzprüfung: In einem gleichschenkligen Trapez mit Basen \(a, c\) und Schenkel \(s\) gilt für die Höhe \(h\): \(h^2 = s^2 - \left(\frac{a-c}{2}\right)^2\). 7. Einsetzen der Werte: \(h^2 = 4^2 - \left(\frac{12-4}{2}\right)^2 = 16 - 16 = 0\). 8. Da die Höhe \(h = 0\) ist, liegen alle Eckpunkte auf einer Geraden. Die Figur ist entartet und kein Trapez mit positivem Flächeninhalt.

Antwort

Die Seitenlängen betragen \(12\,\text{cm}\) (lange Basis) und dreimal \(4\,\text{cm}\). Ein nicht entartetes Trapez mit diesen Seitenlängen existiert nicht, da seine Höhe \(0\,\text{cm}\) betragen würde und die Figur somit zu einer Strecke entartet.

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