Ähnlichkeit und zentrische Streckung
Ähnliche Figuren haben dieselbe Form und unterscheiden sich nur in der Größe. Die zentrische Streckung stellt solche Figuren her.
Ähnliche Figuren
Entsprechende Winkel sind gleich, alle Längen haben dasselbe Verhältnis. Drehen oder Spiegeln stört nicht; „überall 2 cm dazu“ zerstört die Ähnlichkeit.
Streckfaktor k
Bildlänge durch Originallänge. k > 1 vergrößert, 0 < k < 1 verkleinert, k = 1 heißt kongruent. Stolperstein: den Bruch umdrehen.
Zentrische Streckung
Jeder Punkt wandert auf dem Strahl von Z aus. Bildstrecken sind parallel zur Originalstrecke und k-mal so lang, Z bleibt fest.
Flächen und Volumen
Zwei Richtungen wachsen bei Flächen, drei bei Körpern. Aus einem Flächenverhältnis erhält man k mit der Wurzel.
Warum Flächen mit k² wachsen
Streckt man ein Dreieck mit k = 3, passt das Original genau 3 · 3 = 9-mal hinein. Länge und Breite wachsen beide — bei der Fläche kommt der Faktor also zweimal vor.
Ähnliche Dreiecke
Bei Dreiecken genügt weniger: Zwei gleiche Winkel legen die Form fest. Daraus entstehen Beweise, etwa für Kathetensatz und Höhensatz.
WW — Hauptähnlichkeitssatz
Stimmen zwei Winkel überein, dann wegen der Winkelsumme auch der dritte — die Dreiecke sind ähnlich.
SSS und SWS
Ohne Winkel: alle drei Seitenverhältnisse gleich — oder zwei Verhältnisse gleich und der eingeschlossene Winkel.
Beweis mit Ähnlichkeit
Zwei Dreiecke wählen, zwei gleiche Winkel begründen, WW anwenden, entsprechende Seiten ins Verhältnis setzen, umformen.
Kathetensatz
Im rechtwinkligen Dreieck mit Höhe h auf c: △ABC ∼ △CBF. Daraus folgt direkt der Satz des Pythagoras.
Gleiche Winkel findet man an bekannten Stellen
Scheitelwinkel, Stufen- und Wechselwinkel an Parallelen, ein gemeinsamer Winkel zweier Dreiecke oder ein rechter Winkel liefern fast immer die zwei nötigen Winkel.
Die Strahlensätze
Zwei Strahlen von Z, geschnitten von zwei Parallelen: Damit lassen sich unzugängliche Längen berechnen — Höhen, Flussbreiten, Strecken in verschachtelten Figuren.
1. Strahlensatz
Abschnitte auf den Strahlen stehen im gleichen Verhältnis. Auch Teilstücke wie AA′ sind erlaubt.
2. Strahlensatz
Parallelenstücke verhalten sich wie die Abschnitte ab Z — hier nie Teilstücke verwenden.
Umkehrung
Gleiche Verhältnisse auf den Strahlen beweisen die Parallelität. Der 2. Strahlensatz ist nicht umkehrbar.
Anwendungen
Schattenmethode, Försterdreieck, Flussbreite; mehrstufig: erst eine Teilfigur für ein Zwischenergebnis, dann die nächste.
Ohne Parallele kein Strahlensatz
Vor jeder Rechnung prüfen: Ist die Parallelität gegeben oder bewiesen? Sieht es nur parallel aus, muss erst die Umkehrung ran.
Die Regeln, an denen die Punkte hängen
In Arbeiten zu diesem Thema gehen die meisten Punkte nicht beim Rechnen verloren, sondern beim Aufstellen.
Regel 1: Entsprechende Seiten zuordnen
Erst die Zuordnung notieren (A ↔ A′ …), dann das Verhältnis. Kurze Seite zu kurzer, lange zu langer — und alle Brüche in derselben Richtung (Bild oben, Original unten).
Regel 2: Beim 2. Strahlensatz nur Strecken ab Z
A′B′AB = AA′ZA ist falsch. Das Teilstück AA′ darf nur im 1. Strahlensatz stehen.
Regel 3: k, k² oder k³?
Einheit ansehen: cm → k, cm² → k², cm³ → k³. Ein Maßstab 1 : 100 bedeutet für Flächen 1 : 10 000.
