Luisengymnasium

Ähnlichkeit

Lernziele

Nach dieser Einheit kannst du:

  • prüfen, ob gegebene Vielecke ähnlich sind, indem du Winkel und Seitenverhältnisse vergleichst (L1)
  • unbekannte Seitenlängen in ähnlichen Figuren über Proportionsgleichungen berechnen (L2)
  • bei Dreiecken entscheiden, ob eine Prüfung über Winkel oder über Seitenverhältnisse günstiger ist, und diese durchführen (L3)
  • untersuchen, ob spezielle Figurenklassen (z.B. alle Quadrate, alle Kreise) immer, nie oder manchmal ähnlich sind, und dies begründen (L4)
  • begründen, warum bei Dreiecken die Winkel allein für Ähnlichkeit genügen, bei Vielecken aber nicht (L5)
  • den Unterschied zwischen Ähnlichkeit und Kongruenz erklären und Figurenpaare korrekt einordnen (L6)

Leitfrage: Woran erkennt man, ob zwei Figuren dieselbe Form haben — und warum ist das bei Dreiecken einfacher als bei Vierecken?


Schritt 1 von 5

Voraussetzungen — Check-in

Du brauchst außerdem die Innenwinkelsumme im Dreieck (180°180°). Das sollte sitzen — falls nicht, rechne kurz: α=50°\alpha = 50°, β=70°\beta = 70°, also γ=180°50°70°=60°\gamma = 180° - 50° - 70° = 60°.



Exploration: Was bedeutet Ähnlichkeit?

Retrieval GatePflicht

Frage 1: Was bleibt bei einer zentrischen Streckung gleich? Nenne drei Eigenschaften.

Frage 2: Ist eine zentrische Streckung eine Kongruenzabbildung? Begründe.

Frage 3: In der letzten Einheit hast du Figuren gestreckt, gedreht und verschoben. Wie nennt man Figuren, die so auseinander hervorgehen?

  1. Bei einer zentrischen Streckung bleiben gleich: (a) alle Winkel, (b) alle Seitenverhältnisse, (c) die Parallelität entsprechender Seiten.
  2. Nein. Bei einer Kongruenzabbildung bleiben alle Seitenlängen gleich. Bei einer zentrischen Streckung mit k1k \neq 1 ändern sich die Seitenlängen — nur die Verhältnisse bleiben gleich.
  3. Solche Figuren nennt man ähnlich. Sie haben dieselbe Form, können aber unterschiedlich groß sein.

Einstieg: Was heißt „ähnlich"?

Ohne KI

Diese Aufgabe soll ohne KI-Unterstützung gelöst werden. Es geht darum, dass du dein Vorwissen aktivierst.

Alltagsbegriff vs. Mathematik

Matilda sagt: „Meine kleine Schwester sieht mir sehr ähnlich."

(a) Was meint Matilda mit „ähnlich"? Beschreibe den Alltagsbegriff.

(b) Was könnte „ähnlich" in der Mathematik bedeuten? Versuche eine Definition.

(c) Nenne ein Beispiel für zwei Figuren, die im Alltag „ähnlich aussehen", in der Mathematik aber NICHT ähnlich sind.

Definition: Ähnlichkeit (K1)

In der Vorgängereinheit hast du gelernt, dass eine zentrische Streckung die Form einer Figur erhält. Wenn man zusätzlich Kongruenzabbildungen (Verschiebung, Drehung, Spiegelung) erlaubt, kann man die Figur noch in eine andere Lage bringen — ohne die Form zu verändern.

Hinweis

Definition — Ähnlichkeit:

Zwei Figuren heißen ähnlich, wenn man die eine durch eine Kombination aus zentrischer Streckung und Kongruenzabbildungen (Verschiebung, Drehung, Spiegelung) in die andere überführen kann.

Man schreibt: ABCABC\triangle ABC \sim \triangle A'B'C' (lies: „Dreieck ABC ist ähnlich zu Dreieck A'B'C'").

Ähnlichkeit und Kongruenz — ein Venn-Diagramm:

Kongruente Figuren sind immer auch ähnlich (mit Streckfaktor k=1k = 1). Aber ähnliche Figuren sind nicht unbedingt kongruent — sie können unterschiedlich groß sein.

KongruenzA¨hnlichkeit\text{Kongruenz} \subset \text{Ähnlichkeit}

Mermaid-Diagramm
Mermaid-Diagramm wird geladen…

Das heißt: Jedes kongruente Figurenpaar ist auch ähnlich, aber nicht umgekehrt.

Ordne ein: Kongruent, ähnlich oder keins?

Ordne die folgenden Figurenpaare in das Venn-Diagramm ein:

(a) Zwei Quadrate mit Seitenlänge 3cm3\,\text{cm}

(b) Ein Quadrat mit Seitenlänge 3cm3\,\text{cm} und ein Quadrat mit Seitenlänge 5cm5\,\text{cm}

(c) Ein Rechteck 2cm×4cm2\,\text{cm} \times 4\,\text{cm} und ein Rechteck 3cm×5cm3\,\text{cm} \times 5\,\text{cm}

(d) Zwei gleichseitige Dreiecke mit Seitenlänge 4cm4\,\text{cm} und 7cm7\,\text{cm}

(e) Ein rechtwinkliges Dreieck mit Seiten 33-44-55 und eines mit Seiten 55-1212-1313

GeoGebra-Erkundung: Ähnlichkeitssatz für Dreiecke entdecken (I1)

GeoGebra lädt…

Arbeitsauftrag:

  1. Im GeoGebra-Applet gibt es drei Schieberegler: α und β steuern die Winkel, l steuert die Seitenlänge ABAB (und damit die Größe des Dreiecks). Der dritte Winkel ergibt sich automatisch: γ=180°αβ\gamma = 180° - \alpha - \beta.
  2. Stelle ein: α=40°\alpha = 40°, β=60°\beta = 60° (dann γ=80°\gamma = 80°).
  3. Verschiebe den Schieberegler ll, um die Größe des Dreiecks zu ändern. Beobachte: Die Winkel bleiben fest, nur die Seitenlängen ändern sich!
  4. Miss die Seitenverhältnisse ab\frac{a}{b}, bc\frac{b}{c} und ac\frac{a}{c} bei drei verschiedenen Größen. Notiere sie in einer Tabelle:
Größeab\frac{a}{b}bc\frac{b}{c}ac\frac{a}{c}
klein
mittel
groß
  1. Vermutung: Was fällt dir auf? Formuliere eine Regel.

  2. Ändere die Winkel (z.B. α=30°\alpha = 30°, β=90°\beta = 90°) und wiederhole. Gilt deine Regel immer noch?

Gegenbeispiel: Gilt das auch für Vielecke? (K2)

Tim und Greta: Sind alle Rechtecke ähnlich?

Tim sagt: „Alle Rechtecke sind ähnlich, weil alle Winkel 90°90° sind."

Greta widerspricht: „Das stimmt nicht!"

(a) Prüfe Tims Behauptung: Vergleiche das Rechteck R1R_1 mit den Seiten 2cm×6cm2\,\text{cm} \times 6\,\text{cm} und das Rechteck R2R_2 mit den Seiten 3cm×4cm3\,\text{cm} \times 4\,\text{cm}.

(b) Sind die Winkel gleich? Sind die Seitenverhältnisse gleich?

(c) Wer hat recht — Tim oder Greta? Begründe.

Wichtige Einsicht: Addieren ist nicht Strecken! (F3)

Additiver Fehler: Ähnlich durch Addieren?

Ohne KI

Diese Aufgabe soll ohne KI-Unterstützung gelöst werden.

Lisa zeichnet ein Rechteck mit den Seiten 2cm2\,\text{cm} und 4cm4\,\text{cm} (Seitenverhältnis 24=12\frac{2}{4} = \frac{1}{2}).

Sie möchte ein ähnliches, größeres Rechteck zeichnen und verlängert jede Seite um 2cm2\,\text{cm}. Das neue Rechteck hat die Seiten 4cm4\,\text{cm} und 6cm6\,\text{cm}.

(a) Sind die beiden Rechtecke ähnlich? Prüfe über die Seitenverhältnisse.

(b) Was hätte Lisa stattdessen tun müssen, um ein ähnliches Rechteck zu erhalten?

(c) Formuliere eine Regel: Wie erzeugt man aus einer Figur eine ähnliche Figur?

Achtung

Häufiger Fehler (F3): „Ich verlängere jede Seite um den gleichen Betrag, dann ist die Figur ähnlich."

Das stimmt nicht! Addieren verändert das Seitenverhältnis. Nur Multiplizieren mit demselben Faktor kk erhält die Form.

Merke: Ähnlich = mal kk, nicht plus dd.

Konsolidierung: Merksätze

Hinweis

Merksatz — Ähnlichkeitsbedingungen für Vielecke (K2):

Zwei Vielecke sind ähnlich, wenn beide Bedingungen erfüllt sind:

  1. Alle einander entsprechenden Winkel stimmen überein.
  2. Alle einander entsprechenden Seitenverhältnisse sind gleich.

Bei Vielecken reicht eine Bedingung allein nicht aus!

Hinweis

Merksatz — Ähnlichkeitssätze für Dreiecke (K3):

Bei Dreiecken ist die Situation einfacher. Es genügt eine der beiden Bedingungen:

Ähnlichkeitssatz 1 (Winkel): Wenn bei zwei Dreiecken alle Winkel übereinstimmen, sind sie ähnlich.

Ähnlichkeitssatz 2 (Seitenverhältnisse): Wenn bei zwei Dreiecken alle Seitenverhältnisse übereinstimmen, sind sie ähnlich.

Warum? Die Innenwinkelsumme beträgt immer 180°180°. Sind zwei Winkel bekannt, ist der dritte festgelegt. Damit ist das Dreieck bis auf seine Größe eindeutig bestimmt.


Konzeptaufbau: Worked Examples und Fading

Retrieval GatePflicht

Frage 1: Nenne die zwei Ähnlichkeitsbedingungen für Vielecke.

Frage 2: Warum genügen bei Dreiecken die Winkel allein für Ähnlichkeit?

Frage 3: Sind zwei Dreiecke mit den Winkeln 50°50°, 60°60°, 70°70° ähnlich? Begründe.

  1. Zwei Vielecke sind ähnlich, wenn (a) alle einander entsprechenden Winkel übereinstimmen UND (b) alle einander entsprechenden Seitenverhältnisse gleich sind. Beides muss erfüllt sein.
  2. Die Innenwinkelsumme im Dreieck beträgt 180°180°. Sind zwei Winkel bekannt, ist der dritte automatisch festgelegt (γ=180°αβ\gamma = 180° - \alpha - \beta). Damit ist die Form des Dreiecks eindeutig bestimmt — nur die Größe kann variieren. Gleiche Winkel erzwingen automatisch gleiche Seitenverhältnisse.
  3. Ja. Beide Dreiecke haben dieselben drei Winkel (50°50°, 60°60°, 70°70°), also sind sie nach dem Ähnlichkeitssatz 1 ähnlich. Die Seitenverhältnisse stimmen automatisch überein.

Worked Example 1: Ähnlichkeit bei Vielecken prüfen

Worked Example: Welche Vierecke sind ähnlich?

Aufgabe: Gegeben sind drei Vierecke. Prüfe, welche Paare ähnlich sind.

  • Fig. 1: Viereck ABCDABCD mit den Seiten a=3cma = 3\,\text{cm}, b=2cmb = 2\,\text{cm}, c=1cmc = 1\,\text{cm}, d=2cmd = \sqrt{2}\,\text{cm} und den Winkeln α=90°\alpha = 90°, β=120°\beta = 120°, γ=90°\gamma = 90°, δ=60°\delta = 60°.

  • Fig. 2: Viereck EFGHEFGH mit den Seiten e=1,5cme = 1{,}5\,\text{cm}, f=1cmf = 1\,\text{cm}, g=0,5cmg = 0{,}5\,\text{cm}, h=22cmh = \frac{\sqrt{2}}{2}\,\text{cm} und den Winkeln α=90°\alpha' = 90°, β=120°\beta' = 120°, γ=90°\gamma' = 90°, δ=60°\delta' = 60°.

  • Fig. 3: Viereck IJKLIJKL mit den Seiten i=3cmi = 3\,\text{cm}, j=1,5cmj = 1{,}5\,\text{cm}, k=1cmk = 1\,\text{cm}, l=2cml = \sqrt{2}\,\text{cm} und den Winkeln α=90°\alpha'' = 90°, β=120°\beta'' = 120°, γ=90°\gamma'' = 90°, δ=60°\delta'' = 60°.


Schritt 1 — Ansatz: Bei Vielecken müssen wir BEIDES prüfen: Winkel UND Seitenverhältnisse. Wir vergleichen alle drei Paare.

Schritt 2 — Winkel vergleichen:

WinkelFig. 1Fig. 2Fig. 3
α\alpha90°90°90°90°90°90°
β\beta120°120°120°120°120°120°
γ\gamma90°90°90°90°90°90°
δ\delta60°60°60°60°60°60°

Alle drei Figuren haben dieselben Winkel. ✓

Schritt 3 — Seitenverhältnisse berechnen:

Wir berechnen das Verhältnis der entsprechenden Seiten:

Fig. 1 und Fig. 2:

ea=1,53=0,5fb=12=0,5gc=0,51=0,5hd=222=0,5\frac{e}{a} = \frac{1{,}5}{3} = 0{,}5 \qquad \frac{f}{b} = \frac{1}{2} = 0{,}5 \qquad \frac{g}{c} = \frac{0{,}5}{1} = 0{,}5 \qquad \frac{h}{d} = \frac{\frac{\sqrt{2}}{2}}{\sqrt{2}} = 0{,}5

Alle Verhältnisse sind gleich: k=0,5k = 0{,}5. ✓

Fig. 1 und Fig. 3:

ia=33=1jb=1,52=0,75kc=11=1ld=22=1\frac{i}{a} = \frac{3}{3} = 1 \qquad \frac{j}{b} = \frac{1{,}5}{2} = 0{,}75 \qquad \frac{k}{c} = \frac{1}{1} = 1 \qquad \frac{l}{d} = \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{2}} = 1

Die Verhältnisse sind nicht gleich: 10,751 \neq 0{,}75. ✗

Schritt 4 — Ergebnis und Interpretation:

  • Fig. 1 und Fig. 2 sind ähnlich (Streckfaktor k=0,5k = 0{,}5). Beide Bedingungen — gleiche Winkel und gleiche Seitenverhältnisse — sind erfüllt.
  • Fig. 1 und Fig. 3 sind NICHT ähnlich. Obwohl alle Winkel übereinstimmen, sind die Seitenverhältnisse verschieden. Bei Vielecken reichen gleiche Winkel nicht aus!
Ohne KI

Die folgende Frage soll ohne KI-Unterstützung beantwortet werden.

Erkläre in eigenen Worten

Warum mussten wir bei den Vierecken BEIDES prüfen — Winkel UND Seitenverhältnisse? Was wäre passiert, wenn wir nur die Winkel geprüft hätten?

Worked Example 2: Mit ähnlichen Dreiecken rechnen

Worked Example: Fehlende Seitenlängen berechnen

Aufgabe: In der folgenden Figur liegen ABC\triangle ABC und DBE\triangle DBE übereinander. Die Strecke DEDE ist parallel zu ACAC. Gegeben: AC=3cmAC = 3\,\text{cm}, DE=1,5cmDE = 1{,}5\,\text{cm}, BE=2,5cmBE = 2{,}5\,\text{cm}, ABC=DBE=β\angle ABC = \angle DBE = \beta.

(a) Begründe, warum ABCDBE\triangle ABC \sim \triangle DBE.

(b) Berechne BCBC und den Streckfaktor kk.


Schritt 1 — Ansatz (Winkelvergleich):

Bei Dreiecken genügt es, die Winkel zu vergleichen (Ähnlichkeitssatz 1).

  • ABC=DBE=β\angle ABC = \angle DBE = \beta (gemeinsamer Winkel) ✓
  • BAC=BDE\angle BAC = \angle BDE (Stufenwinkel an parallelen Geraden ACDEAC \parallel DE) ✓
  • Daraus folgt: BCA=BED\angle BCA = \angle BED (denn die Winkelsumme ist 180°180°) ✓

Also: ABCDBE\triangle ABC \sim \triangle DBE nach dem Ähnlichkeitssatz 1. ✓

Schritt 2 — Entsprechende Seiten zuordnen:

Die Zuordnung erfolgt über die Lage: Seiten, die dem gleichen Winkel gegenüberliegen, entsprechen einander.

WinkelSeite in ABC\triangle ABCSeite in DBE\triangle DBE
gegenüber β\betaAC = 3DE = 1,5
gegenüber dem Winkel bei AA bzw. DDBC (gesucht)BE = 2,5
gegenüber dem Winkel bei CC bzw. EEABDB

Schritt 3 — Proportionsgleichung aufstellen und lösen:

ACDE=BCBE\frac{AC}{DE} = \frac{BC}{BE}

31,5=BC2,5\frac{3}{1{,}5} = \frac{BC}{2{,}5}

2=BC2,52 = \frac{BC}{2{,}5}

BC=22,5=5cmBC = 2 \cdot 2{,}5 = 5\,\text{cm}

Der Streckfaktor ist k=ACDE=31,5=2k = \frac{AC}{DE} = \frac{3}{1{,}5} = 2.

Schritt 4 — Plausibilität:

ABC\triangle ABC ist das größere Dreieck (k=2>1k = 2 > 1). Passt: BC=5>BE=2,5BC = 5 > BE = 2{,}5, und AC=3>DE=1,5AC = 3 > DE = 1{,}5. Alle Seiten des großen Dreiecks sind doppelt so lang wie die des kleinen. ✓

Ohne KI

Die folgende Frage soll ohne KI-Unterstützung beantwortet werden.

Erkläre in eigenen Worten

Wie erkennst du, welche Seiten einander entsprechen? Warum ist ‚gegenüber dem gleichen Winkel' das richtige Kriterium — und nicht ‚gleich lang'?

Achtung

Häufiger Fehler (F5): „Die entsprechenden Seiten erkenne ich daran, dass sie gleich lang sind."

Das stimmt nicht! Bei ähnlichen Figuren sind die entsprechenden Seiten gerade nicht gleich lang — sie stehen im Verhältnis kk. Entsprechende Seiten erkennst du an der Lage: Sie liegen dem gleichen Winkel gegenüber.

Fading: Completion-Aufgabe

Ergänze die Lücken

Gegeben sind zwei Dreiecke: PQR\triangle PQR mit P=35°\angle P = 35°, Q=90°\angle Q = 90° und STU\triangle STU mit S=35°\angle S = 35°, T=90°\angle T = 90°.

Die Seiten betragen: PQ=4cmPQ = 4\,\text{cm}, QR=3cmQR = 3\,\text{cm}, PR=5cmPR = 5\,\text{cm} und ST=6cmST = 6\,\text{cm}.

(a) Ähnlichkeitsbegründung: P=S=35°\angle P = \angle S = 35° und Q=T=90°\angle Q = \angle T = 90°, also R=__°\angle R = \_\_° und U=__°\angle U = \_\_°. Alle Winkel stimmen überein, also PQRSTU\triangle PQR \sim \triangle STU nach ________.

(b) Zuordnung entsprechender Seiten:

WinkelSeite in PQR\triangle PQRSeite in STU\triangle STU
gegenüber 35°35°QR=3QR = 3TU=?TU = ?
gegenüber 90°90°__=5\_\_ = 5SU=?SU = ?
gegenüber 55°55°PQ=4PQ = 4ST=6ST = 6

(c) Streckfaktor: k=STPQ=6__=__k = \frac{ST}{PQ} = \frac{6}{\_\_} = \_\_

(d) Berechnung: TU=kQR=__3=__cmTU = k \cdot QR = \_\_ \cdot 3 = \_\_\,\text{cm} und SU=kPR=__5=__cmSU = k \cdot PR = \_\_ \cdot 5 = \_\_\,\text{cm}.

(a) Die Innenwinkelsumme beträgt 180°180°. (c) Ordne die Seiten über die Winkel zu: PQPQ und STST liegen dem gleichen Winkel gegenüber.

(a) R=180°35°90°=55°\angle R = 180° - 35° - 90° = 55°. (c) k=64=1,5k = \frac{6}{4} = 1{,}5.

(a) 55°55°, 55°55°, Ähnlichkeitssatz 1 (Winkel). (b) PR=5PR = 5. (c) k=64=1,5k = \frac{6}{4} = 1{,}5. (d) TU=1,53=4,5cmTU = 1{,}5 \cdot 3 = 4{,}5\,\text{cm}, SU=1,55=7,5cmSU = 1{,}5 \cdot 5 = 7{,}5\,\text{cm}.

:::

Eigenständige Aufgabe

SWS-Ähnlichkeit prüfen

Ohne KI

Diese Aufgabe soll ohne KI-Unterstützung gelöst werden.

Gegeben: ABC\triangle ABC mit AB=4cmAB = 4\,\text{cm}, AC=6cmAC = 6\,\text{cm}, A=50°\angle A = 50° und DEF\triangle DEF mit DE=6cmDE = 6\,\text{cm}, DF=9cmDF = 9\,\text{cm}, D=50°\angle D = 50°.

(a) Prüfe, ob die Dreiecke ähnlich sind — über Seitenverhältnisse.

(b) Bestimme den Streckfaktor kk.

(c) Berechne die fehlenden Seitenlängen, falls der Umfang von ABC\triangle ABC U=14,6cmU = 14{,}6\,\text{cm} beträgt.

Sicherung: Merksätze

Hinweis

Merksatz — Ähnlichkeitssatz 1 (Winkel):

Wenn bei zwei Dreiecken zwei Winkel (und damit automatisch auch der dritte) übereinstimmen, sind die Dreiecke ähnlich.

Hinweis: Es genügt, zwei Winkel zu prüfen — der dritte folgt aus der Innenwinkelsumme.

Hinweis

Merksatz — Ähnlichkeitssatz 2 (Seitenverhältnisse):

Wenn bei zwei Dreiecken alle Seitenverhältnisse übereinstimmen, sind die Dreiecke ähnlich.

aa=bb=cc=k\frac{a'}{a} = \frac{b'}{b} = \frac{c'}{c} = k

Hinweis

Merksatz — Rechnen mit Seitenverhältnissen (K4):

Bei ähnlichen Figuren gilt: Jede Seite der einen Figur ist das kk-Fache der entsprechenden Seite der anderen Figur:

aa=bb=cc=k\frac{a'}{a} = \frac{b'}{b} = \frac{c'}{c} = k

Entsprechende Seiten erkennst du an der Lage (gegenüber dem gleichen Winkel), nicht an der Länge!


Üben

Retrieval GatePflicht

Frage 1: Sind alle Quadrate zueinander ähnlich? Begründe.

Frage 2: Strecke den Punkt P(32)P(3|2) mit S(00)S(0|0) und k=3k = 3.

Frage 3: Nenne den Unterschied zwischen kongruent und ähnlich.

Frage 4: Berechne xx: x5=1210\frac{x}{5} = \frac{12}{10}.

  1. Ja. Alle Quadrate haben vier rechte Winkel (Winkelbedingung ✓) und vier gleich lange Seiten, also Seitenverhältnis 1:1:1:11:1:1:1 (Seitenverhältnisbedingung ✓). Beide Bedingungen für Ähnlichkeit bei Vielecken sind erfüllt. Der Streckfaktor ist das Verhältnis der Seitenlängen.
  2. P=3(32)=(96)P' = 3 \cdot (3|2) = (9|6).
  3. Kongruent: Gleiche Form UND gleiche Größe (alle Seitenlängen und Winkel stimmen überein). Ähnlich: Gleiche Form, aber möglicherweise verschiedene Größe (alle Winkel und Seitenverhältnisse stimmen überein). Kongruenz ist ein Spezialfall der Ähnlichkeit mit k=1k = 1.
  4. x5=1210\frac{x}{5} = \frac{12}{10}10x=6010x = 60x=6x = 6.

Geblocktes Üben

Aufgabe 1: Rechtecke auf Ähnlichkeit prüfen

Sechs Rechtecke sind gegeben. Finde alle Paare, die zueinander ähnlich sind.

RechteckSeiten
A2cm×4cm2\,\text{cm} \times 4\,\text{cm}
B3cm×6cm3\,\text{cm} \times 6\,\text{cm}
C1cm×3cm1\,\text{cm} \times 3\,\text{cm}
D4cm×8cm4\,\text{cm} \times 8\,\text{cm}
E2cm×6cm2\,\text{cm} \times 6\,\text{cm}
F1,5cm×3cm1{,}5\,\text{cm} \times 3\,\text{cm}

Aufgabe 2: Dreiecke auf Ähnlichkeit prüfen (Seitenlängen)

Prüfe, ob die folgenden Dreiecke ähnlich sind:

ABC\triangle ABC mit a=6cma = 6\,\text{cm}, b=8cmb = 8\,\text{cm}, c=10cmc = 10\,\text{cm}.

DEF\triangle DEF mit d=9cmd = 9\,\text{cm}, e=12cme = 12\,\text{cm}, f=15cmf = 15\,\text{cm}.

Aufgabe 3: Fehlende Seitenlänge berechnen

ABCDEF\triangle ABC \sim \triangle DEF mit k=2,5k = 2{,}5. Gegeben: a=4cma = 4\,\text{cm}, b=3cmb = 3\,\text{cm}, c=5cmc = 5\,\text{cm}.

Berechne dd, ee und ff.

Aufgabe 4: SWS-Ähnlichkeit prüfen und begründen

ABC\triangle ABC mit AB=5cmAB = 5\,\text{cm}, BC=7cmBC = 7\,\text{cm}, B=40°\angle B = 40°.

DEF\triangle DEF mit DE=10cmDE = 10\,\text{cm}, EF=14cmEF = 14\,\text{cm}, E=40°\angle E = 40°.

(a) Sind die Dreiecke ähnlich? Begründe.

(b) Bestimme kk und berechne ACAC und DFDF, wenn AC=4,5cmAC = 4{,}5\,\text{cm}.

Aufgabe 5: Entsprechende Seiten zuordnen (Diagnose F5)

Die Dreiecke ABC\triangle ABC und DEF\triangle DEF sind ähnlich. Die Seiten und Winkel betragen:

ABC\triangle ABC: AB=6cmAB = 6\,\text{cm}, BC=8cmBC = 8\,\text{cm}, AC=10cmAC = 10\,\text{cm}. Winkel: A=53°\angle A = 53°, B=90°\angle B = 90°, C=37°\angle C = 37°.

DEF\triangle DEF: DE=5cmDE = 5\,\text{cm}, EF=3cmEF = 3\,\text{cm}, DF=4cmDF = 4\,\text{cm}. Winkel: D=37°\angle D = 37°, E=53°\angle E = 53°, F=90°\angle F = 90°.

(a) Ordne die entsprechenden Seiten zu. Achtung: Nutze die Winkel, nicht die Beschriftung!

(b) Berechne den Streckfaktor kk.

Interleaving

Gilt immer — gilt nie — es kommt drauf an

Beurteile für jede Figurenklasse: Sind je zwei Vertreter immer, nie oder manchmal zueinander ähnlich? Begründe jeweils.

(a) rechtwinklige Dreiecke

(b) Parallelogramme

(c) Quadrate

(d) Kreise

(e) gleichseitige Dreiecke

(f) gleichschenklige Dreiecke

Abbildungsfolgen bestimmen

ABC\triangle ABC soll auf ADE\triangle ADE und BGF\triangle BGF abgebildet werden. Dabei ist ADE\triangle ADE eine verkleinerte Version von ABC\triangle ABC, und BGF\triangle BGF eine vergrößerte und gespiegelte Version.

(a) Welche Abbildungen brauchst du für ABCADE\triangle ABC \to \triangle ADE? (Streckung? Drehung? Spiegelung?)

(b) Welche Abbildungen brauchst du für ABCBGF\triangle ABC \to \triangle BGF?

(c) Sind ABC\triangle ABC, ADE\triangle ADE und BGF\triangle BGF alle zueinander ähnlich? Begründe.

Höhe im rechtwinkligen Dreieck

In einem rechtwinkligen Dreieck ABC\triangle ABC (C=90°\angle C = 90°) wird die Höhe hch_c auf die Hypotenuse c=ABc = AB gefällt. Der Fußpunkt sei HH.

(a) Begründe: AHCABC\triangle AHC \sim \triangle ABC.

(b) Begründe: CHBABC\triangle CHB \sim \triangle ABC.

(c) Folgere: AHCCHB\triangle AHC \sim \triangle CHB.

KI-Tutor: Ähnlichkeit üben

Du kannst den folgenden Prompt in eine KI (z.B. ChatGPT, Claude) kopieren, um zusätzliche Übung mit sofortigem Feedback zu bekommen. Der Prompt enthält vorbereitete Aufgaben mit Musterlösungen — die KI kann dir also verlässlich helfen.

Abgabe-Aufgaben

A1 (AFB I): Ähnliches Dreieck konstruieren

Konstruiere ABC\triangle ABC mit a=3cma = 3\,\text{cm}, b=4cmb = 4\,\text{cm}, c=5cmc = 5\,\text{cm}.

Ein ähnliches Dreieck ABC\triangle A'B'C' hat den Umfang U=17,4cmU' = 17{,}4\,\text{cm}.

(a) Berechne den Streckfaktor kk.

(b) Berechne die Seitenlängen aa', bb', cc'.

Der Umfang des Originals ist U=a+b+cU = a + b + c. Der Streckfaktor ist k=UUk = \frac{U'}{U}.

Textabgabe

:::

A2 (AFB II): Ähnlichkeit begründen

ABC\triangle ABC hat α=55°\alpha = 55° und β=30°\beta = 30°.

ABC\triangle A'B'C' hat α=75°\alpha' = 75° und β=55°\beta' = 55°.

Sind die Dreiecke ähnlich? Begründe vollständig.

Berechne den dritten Winkel beider Dreiecke.

Textabgabe

:::

A3 (AFB II): Gleichschenklige Dreiecke

ABC\triangle ABC und BDA\triangle BDA sind gleichschenklig. ABC\triangle ABC hat die Basis AB=6cmAB = 6\,\text{cm} und die Schenkel BC=CA=5cmBC = CA = 5\,\text{cm}. BDA\triangle BDA hat die Basis BDBD und die Schenkel DA=AB=6cmDA = AB = 6\,\text{cm}.

(a) Zeige, dass die Dreiecke ähnlich sind.

(b) Berechne die Seitenlänge BDBD.

Textabgabe

A4 (AFB III): Aussage beurteilen

Ohne KI

Diese Aufgabe soll ohne KI-Unterstützung gelöst werden.

Tim sagt: „Die Seitenlängen der beiden Vierecke sind alle gleich, also sind sie ähnlich."

Beurteile Tims Aussage. Begründe mit einem Beispiel oder Gegenbeispiel.

Textabgabe

Selbstdiagnose

Selbstdiagnose
Wie sicher bist du, dass du ein ähnliches Problem allein lösen könntest?

Transfer und Reflexion

MC-Test

Teste dein Wissen

Frage 1 (AFB I): ABCDEF\triangle ABC \sim \triangle DEF mit a=4cma = 4\,\text{cm}, d=6cmd = 6\,\text{cm}, b=5cmb = 5\,\text{cm}. Wie lang ist ee?

  • A: 7cm7\,\text{cm}
  • B: 7,5cm7{,}5\,\text{cm}
  • C: 3,33cm3{,}33\,\text{cm}
  • D: 10cm10\,\text{cm}

B ist richtig. k=da=64=1,5k = \frac{d}{a} = \frac{6}{4} = 1{,}5. Also e=kb=1,55=7,5cme = k \cdot b = 1{,}5 \cdot 5 = 7{,}5\,\text{cm}.

  • A (7cm7\,\text{cm}): Additiver Fehler — jede Seite +2cm+2\,\text{cm} statt 1,5\cdot 1{,}5 (F3).
  • D (10cm10\,\text{cm}): Falsches Verhältnis da=64\frac{d}{a} = \frac{6}{4}, dann b\cdot b falsch berechnet.

Frage 2 (AFB I): PQR\triangle PQR hat die Winkel P=40°\angle P = 40°, Q=65°\angle Q = 65°. XYZ\triangle XYZ hat X=40°\angle X = 40°, Z=80°\angle Z = 80°. Sind die Dreiecke ähnlich?

  • A: Ja, weil P=X=40°\angle P = \angle X = 40°
  • B: Ja, weil alle drei Winkel übereinstimmen
  • C: Nein, weil die Winkelmengen verschieden sind
  • D: Man kann es nicht entscheiden

C ist richtig. Dritte Winkel berechnen: R=180°40°65°=75°\angle R = 180° - 40° - 65° = 75° und Y=180°40°80°=60°\angle Y = 180° - 40° - 80° = 60°. Die Winkelmengen sind {40°,65°,75°}\{40°, 65°, 75°\} und {40°,60°,80°}\{40°, 60°, 80°\} — diese stimmen nicht überein.

  • A: Ein gemeinsamer Winkel allein reicht nicht. Man braucht zwei übereinstimmende Winkel (der dritte folgt dann automatisch).
  • B: Falsch — die Winkelmengen sind verschieden.

Frage 3 (AFB I): Welche Figuren sind immer zueinander ähnlich?

  • A: Alle Rechtecke
  • B: Alle Kreise
  • C: Alle rechtwinkligen Dreiecke
  • D: Alle Parallelogramme

B ist richtig. Alle Kreise sind zueinander ähnlich — sie unterscheiden sich nur im Radius.

  • A: Nicht alle Rechtecke sind ähnlich (z.B. 2×62 \times 6 und 3×43 \times 4, F2).
  • C: Nicht alle rechtwinkligen Dreiecke sind ähnlich (die spitzen Winkel können verschieden sein).
  • D: Nicht alle Parallelogramme sind ähnlich (verschiedene Winkel und Seitenverhältnisse möglich).

Frage 4 (AFB II): ABC\triangle ABC und DEF\triangle DEF haben die Seiten a=3a = 3, b=4b = 4, c=5c = 5 bzw. d=5d = 5, e=12e = 12, f=13f = 13. Jemand sagt: „Beide sind rechtwinklig, also ähnlich." Stimmt das?

  • A: Ja, weil rechtwinklige Dreiecke immer ähnlich sind
  • B: Ja, weil beide einen 90°90°-Winkel haben
  • C: Nein, weil die Seitenverhältnisse verschieden sind
  • D: Nein, weil nur eines rechtwinklig ist

C ist richtig. Beide sind rechtwinklig (32+42=523^2 + 4^2 = 5^2 und 52+122=1325^2 + 12^2 = 13^2), aber ein gemeinsamer rechter Winkel allein genügt nicht. Man braucht zwei übereinstimmende Winkel. Die anderen Winkel sind verschieden: arctan(34)36,9°arctan(512)22,6°\arctan(\frac{3}{4}) \approx 36{,}9° \neq \arctan(\frac{5}{12}) \approx 22{,}6°.

  • A und B sind falsch — rechtwinklige Dreiecke sind NICHT immer ähnlich!

Frage 5 (AFB II): Zwei Dreiecke sind ähnlich mit k=3k = 3. Wie verhalten sich ihre Flächeninhalte?

  • A: A=3AA' = 3 \cdot A
  • B: A=6AA' = 6 \cdot A
  • C: A=9AA' = 9 \cdot A
  • D: A=AA' = A

C ist richtig. Die Fläche wächst mit k2=9k^2 = 9 (aus der Vorgängereinheit).

  • A: Häufiger Fehler — lineares Denken (kk statt k2k^2). Die Fläche hat zwei Dimensionen!

Frage 6 (AFB II): Wie erkennt man entsprechende Seiten in ähnlichen Dreiecken?

  • A: Sie sind gleich lang
  • B: Sie liegen dem gleichen Winkel gegenüber
  • C: Sie haben den gleichen Buchstaben
  • D: Sie sind die kürzesten Seiten

B ist richtig. Entsprechende Seiten liegen dem gleichen Winkel gegenüber.

  • A: Bei ähnlichen Dreiecken sind entsprechende Seiten gerade NICHT gleich lang (außer bei k=1k = 1, also Kongruenz) — das ist F5.
  • C: Buchstaben können irreführen, wenn die Zuordnung nicht ADA \leftrightarrow D, BEB \leftrightarrow E, CFC \leftrightarrow F ist.
  • D: Die kürzeste Seite des einen entspricht der kürzesten des anderen — das stimmt zufällig, aber das Kriterium ist die Lage (Winkel), nicht die relative Größe.

Frage 7 (AFB II): Zwei Vierecke haben alle Winkel gleich. Sind sie ähnlich?

  • A: Ja, immer
  • B: Ja, wenn es Dreiecke wären
  • C: Nicht unbedingt — man muss auch die Seitenverhältnisse prüfen
  • D: Nein, nie

C ist richtig. Bei Vielecken (nicht Dreiecken!) reichen gleiche Winkel nicht aus — man braucht zusätzlich gleiche Seitenverhältnisse (F2).

  • A: Falsch — Gegenbeispiel: Rechteck 2×62 \times 6 und 3×43 \times 4.
  • B: Die Aussage wäre für Dreiecke korrekt, aber die Frage bezieht sich auf Vierecke.

Frage 8 (AFB III): Warum genügen bei Dreiecken die Winkel allein für Ähnlichkeit?

  • A: Weil Dreiecke nur drei Seiten haben
  • B: Weil die Innenwinkelsumme 180°180° beträgt und der dritte Winkel festgelegt ist — damit ist das Dreieck bis auf Größe bestimmt
  • C: Weil Dreiecke starr sind
  • D: Das ist eine Konvention, keine Begründung

B ist richtig. Die Innenwinkelsumme 180°180° bewirkt, dass zwei Winkel den dritten festlegen. Ein Dreieck mit festen Winkeln kann nur in der Größe variieren — nicht in der Form. Bei Vierecken (360°360° Innenwinkelsumme, 4 Winkel) lassen drei Winkel den vierten fest, aber die Seiten können trotzdem verschieden proportioniert sein.

  • C: Dreiecke sind zwar starr (im Sinne der Kongruenzsätze), aber das erklärt nicht direkt die Ähnlichkeit.

Frage 9 (AFB III): Ein Quadrat hat die Seitenlänge 4cm4\,\text{cm}. Lisa verlängert jede Seite um 2cm2\,\text{cm}. Ist das neue Quadrat ähnlich zum alten?

  • A: Ja, weil beide Quadrate sind
  • B: Ja, mit k=1,5k = 1{,}5
  • C: Nein, weil +2+2 keine Streckung ist
  • D: Man kann es nicht entscheiden

A ist richtig. Alle Quadrate sind zueinander ähnlich! Das neue Quadrat hat Seitenlänge 6cm6\,\text{cm}, der Streckfaktor ist k=64=1,5k = \frac{6}{4} = 1{,}5.

Aber Achtung: Lisas Methode (jede Seite +2cm+2\,\text{cm}) ist trotzdem KEIN korrektes Verfahren für eine zentrische Streckung! Es funktioniert nur zufällig bei Quadraten, weil alle Seiten gleich lang sind. Bei einem Rechteck 2×42 \times 44×64 \times 6: Seitenverhältnis 1:21:2 wird zu 2:32:3 — NICHT ähnlich! (F3)

Frage 10 (AFB III): Was ist der Unterschied zwischen Kongruenz und Ähnlichkeit?

  • A: Kongruent = gleiche Winkel, ähnlich = gleiche Seitenlängen
  • B: Ähnlich = gleiche Form, kongruent = gleiche Form UND gleiche Größe
  • C: Ähnlich = gleiche Seitenlängen, kongruent = gleiche Winkel
  • D: Es gibt keinen Unterschied

B ist richtig. Ähnliche Figuren haben die gleiche Form (gleiche Winkel, gleiche Seitenverhältnisse), kongruente Figuren haben zusätzlich die gleiche Größe (gleiche Seitenlängen). Kongruenz ist ein Spezialfall der Ähnlichkeit mit k=1k = 1.

  • A: Vertauscht die Begriffe (F7).
  • C: Ebenfalls vertauscht.

Transferaufgabe: Bildformate

Bildschirmformate vergleichen

Ohne KI

Diese Aufgabe soll ohne KI-Unterstützung gelöst werden.

Bildschirme und Filme gibt es in verschiedenen Formaten:

FormatSeitenverhältnis
Cinemascope2,35:12{,}35 : 1
Kino breit21:921 : 9
Breitbild16:916 : 9
Klassisch4:34 : 3

(a) Welche Formate sind zueinander ähnlich (gleiche Proportionen)?

(b) Du schaust einen Film im Cinemascope-Format (2,35:12{,}35 : 1) auf einem 16:916:9-Bildschirm. Oben und unten bleiben schwarze Balken. Erkläre, warum.

(c) Dein Fernseher hat das Format 16:916:9 und eine Bildschirmdiagonale von 55Zoll55\,\text{Zoll} (140cm\approx 140\,\text{cm}). Welche Breite und Höhe hat der Bildschirm? (Tipp: Satz des Pythagoras)

DIN-Papierformate — Ähnlichkeit im Alltag

Ein DIN-A4-Blatt hat die Maße 210mm×297mm210\,\text{mm} \times 297\,\text{mm}. Ein DIN-A3-Blatt hat die Maße 297mm×420mm297\,\text{mm} \times 420\,\text{mm}.

(a) Berechne das Seitenverhältnis (lange Seite : kurze Seite) von DIN A4 und DIN A3. Runde auf 3 Nachkommastellen.

(b) Sind DIN A3 und DIN A4 zueinander ähnliche Rechtecke? Begründe.

(c) Beim Kopieren kann man von A4 auf A3 vergrößern. Welchen Vergrößerungsfaktor nutzt der Kopierer?

Begründungsaufgabe

Warum Winkel bei Dreiecken genügen

Ohne KI

Diese Aufgabe soll ohne KI-Unterstützung gelöst werden.

Erkläre, warum bei Dreiecken die Winkel allein für Ähnlichkeit genügen, bei Vierecken aber nicht. Bearbeite dazu die folgenden Schritte:

(a) Zwischenschritt: ABC\triangle ABC hat α=50°\alpha = 50° und β=70°\beta = 70°. Berechne γ\gamma.

(b) Erkläre: Wenn zwei Dreiecke die gleichen Winkel α\alpha und β\beta haben, müssen sie dann auch den gleichen Winkel γ\gamma haben? Warum?

(c) Warum legt das die Form des Dreiecks fest (aber nicht die Größe)?

(d) Gegenbeispiel für Vierecke: Gib zwei Vierecke an, die alle Winkel gleich haben, aber NICHT ähnlich sind.

(e) Erkläre in 2–3 Sätzen: Was ist der grundlegende Unterschied zwischen Dreiecken und Vierecken in Bezug auf Ähnlichkeit?

Vernetzung

Tipp

Ausblick auf die nächste Einheit:

In der nächsten Einheit lernst du die Strahlensätze kennen. Dabei treffen zwei Geraden von einem gemeinsamen Punkt aus auf zwei Parallelen — es entstehen ähnliche Dreiecke. Die Seitenverhältnisse dieser Dreiecke helfen dir, Längen zu berechnen, die du nicht direkt messen kannst (z.B. die Höhe eines Gebäudes oder die Breite eines Flusses).

Reflexion

Beantworte abschließend die Leitfrage: Woran erkennt man, ob zwei Figuren dieselbe Form haben? Warum ist das bei Dreiecken einfacher als bei Vierecken?

Nutze die Begriffe „Ähnlichkeitssatz", „Innenwinkelsumme" und „Seitenverhältnis" in deiner Antwort.


Musterlösungen

Gegeben: a=3cma = 3\,\text{cm}, b=4cmb = 4\,\text{cm}, c=5cmc = 5\,\text{cm}, U=17,4cmU' = 17{,}4\,\text{cm}.

Schritt 1 — Umfang des Originals:

U=a+b+c=3+4+5=12cmU = a + b + c = 3 + 4 + 5 = 12\,\text{cm}

Schritt 2 — Streckfaktor:

k=UU=17,412=1,45k = \frac{U'}{U} = \frac{17{,}4}{12} = 1{,}45

Schritt 3 — Seitenlängen:

a=ka=1,453=4,35cma' = k \cdot a = 1{,}45 \cdot 3 = 4{,}35\,\text{cm} b=kb=1,454=5,80cmb' = k \cdot b = 1{,}45 \cdot 4 = 5{,}80\,\text{cm} c=kc=1,455=7,25cmc' = k \cdot c = 1{,}45 \cdot 5 = 7{,}25\,\text{cm}

Schritt 4 — Prüfung:

U=4,35+5,80+7,25=17,4cmU' = 4{,}35 + 5{,}80 + 7{,}25 = 17{,}4\,\text{cm} \quad ✓