Geometrie
Kongruenz und Dreieckskonstruktionen
Die vier Kongruenzsätze, und wie man Dreiecke eindeutig konstruiert.
Benötigte Grundlagen
Diese Themen kommen in diesem Kapitel vor und wurden vorher schon erklärt. Wenn dir eines davon unsicher vorkommt, frisch es kurz auf, sonst leg direkt los.
Einführung
Ein Zimmermann bestellt telefonisch ein dreieckiges Bauteil. Welche Angaben muss er durchgeben, damit garantiert das richtige ankommt? Drei Seitenlängen reichen, drei dagegen nicht! Warum das so ist, verraten die Kongruenzsätze: die Bauanleitungen für eindeutige Dreiecke.
Das kannst du nach diesem Kapitel
erklären, wann zwei Figuren kongruent (deckungsgleich) sind.
die vier Kongruenzsätze SSS, SWS, WSW und SsW anwenden.
aus gegebenen Stücken konstruieren, mit Planfigur und Konstruktionsbeschreibung.
entscheiden, ob gegebene Stücke ein Dreieck eindeutig festlegen.
Kongruenz
Zwei Figuren sind kongruent (Zeichen ), wenn sie deckungsgleich sind: Durch Verschieben, Drehen und Spiegeln lassen sie sich exakt aufeinanderlegen. Kongruente Figuren stimmen in allen Seiten und überein.
Die vier Kongruenzsätze
Ein hat sechs Bestimmungsstücke ( Seiten, ), aber schon drei passende legen es eindeutig fest. In den Skizzen unten sind die jeweils gegebenen Seiten und Winkel farbig markiert:
| Satz | Gegeben |
|---|---|
| SSS | drei Seiten |
| SWS | zwei Seiten und der eingeschlossene Winkel |
| WSW | eine Seite und die beiden anliegenden Winkel |
| SsW | zwei Seiten und der Winkel, der der größeren Seite gegenüberliegt |
Warum kein WWW? Drei Winkel legen nur die Form fest, nicht die Größe: Ein kleines und ein großes Dreieck mit gleichen Winkeln sind ähnlich, aber nicht kongruent.
Warum drei Stücke reichen, und warum nicht irgendwelche drei
Ein Dreieck hat sechs Bestimmungsstücke. Dass drei davon genügen, klingt nach einem Zufall, hat aber einen klaren Grund: Die restlichen drei ergeben sich zwangsläufig.
Probiere es beim Konstruieren aus. Sobald du bei SSS die drei Seitenlängen abgetragen hast, kannst du das Dreieck gar nicht mehr verändern. Es ist starr. Genau deshalb sind auch die Winkel dann schon festgelegt, ohne dass sie jemand vorgegeben hätte.
Und warum funktioniert nicht jede Auswahl? Weil manche Angaben mehrere Dreiecke zulassen. Bei drei Winkeln ist die Form zwar bestimmt, die Größe aber nicht, du kannst das Dreieck beliebig vergrößern, ohne dass sich ein Winkel ändert.
Warum bei SWS der Winkel dazwischen liegen muss
Vergleiche zwei Fälle mit denselben Seiten und :
- Der Winkel liegt zwischen ihnen (SWS): Die beiden Seiten sind wie zwei Zeiger, deren Öffnung festgelegt ist. Ihre Endpunkte liegen damit fest, das Dreieck ist eindeutig.
- Der Winkel liegt woanders: Dann ist die Öffnung zwischen und noch frei, und die Endpunkte können unterschiedlich weit auseinanderliegen.
Deshalb steht in den Sätzen so genau, welcher Winkel gemeint ist. „Zwei Seiten und ein Winkel" allein reicht nicht, auf die Lage kommt es an.
Warum bei SsW der Winkel der größeren Seite gegenüberliegen muss
Beim vierten Satz liegt der Winkel nicht zwischen den beiden Seiten, und trotzdem wird das Dreieck eindeutig. Das liegt am kleinen „s", und den Grund dafür siehst du am Zirkel.
Gegeben seien die Seiten und sowie der Winkel , der gegenüberliegt. So entsteht das Dreieck:
- Winkel antragen und auf einem Schenkel die Seite abtragen. Das ergibt den Punkt .
- Der letzte Eckpunkt liegt auf dem anderen Schenkel, und zwar weit von entfernt. Du schlägst also einen um mit ; wo er den Schenkel trifft, liegt .
Jetzt entscheidet der Vergleich von und , denn der Punkt ist von genau weit entfernt:
- ist größer als : Der Kreis um reicht über hinaus. Deshalb trifft er den Schenkel nur einmal, der zweite Schnittpunkt liegt hinter und damit gar nicht mehr auf dem Schenkel. Ein Dreieck, eindeutig.
- ist kleiner als : Der Kreis reicht nicht bis . Trifft er den Schenkel überhaupt, dann gleich zweimal, und diese beiden Dreiecke sind wirklich verschieden, nicht bloß gespiegelt.
Deshalb das kleine „s": Nur wenn der gegebene Winkel der größeren Seite gegenüberliegt, kann der zweite Schnittpunkt nicht dazwischenfunken.
SSS
SSS: Sind alle drei Seiten gegeben (farbig), ist das eindeutig festgelegt. Man zeichnet eine Seite und schlägt die beiden anderen als Kreisbögen (Zirkel).
SWS
SWS: Zwei Seiten und der eingeschlossene (zwischen ihnen). Der Winkel liegt genau in der Ecke, in der die beiden gegebenen Seiten zusammentreffen.
WSW
WSW: Eine Seite und die beiden anliegenden Winkel. An den Enden der gegebenen Seite trägt man die Winkel an; wo die Schenkel sich treffen, entsteht die dritte Ecke.
SsW
SsW: Zwei Seiten und der Winkel, der der größeren Seite gegenüberliegt. Nur so bleibt das Dreieck eindeutig, beim kleineren Gegenwinkel gäbe es zwei Lösungen.
Prüfe dich: Ein Dreieck hat sechs Bestimmungsstücke, drei Seiten und drei Winkel. Warum legen schon drei passende das ganze Dreieck fest?
Versuch es erst aus dem Kopf.
Weil sich die restlichen drei zwangsläufig ergeben. Sobald du bei SSS die drei Seitenlängen abgetragen hast, ist das starr, du bekommst es nicht mehr verformt, ohne eine Seite zu ändern. Damit stehen auch die drei längst fest, obwohl sie niemand vorgegeben hat.
Genau das behauptet ein Kongruenzsatz: Diese drei Angaben lassen nur ein Dreieck zu, alles Übrige folgt.
Und deshalb ist die Auswahl nicht beliebig. Drei Winkel machen das Dreieck nicht starr: Du kannst es beliebig vergrößern, ohne dass sich ein Winkel ändert. Sie legen die Form fest, nicht die Größe, darum ist WWW kein Kongruenzsatz.
Zwei Fragen, die man leicht verwechselt: Ob ein Dreieck existiert, entscheidet die Dreiecksungleichung aus Klasse 6. Ob es eindeutig ist, entscheidet ein Kongruenzsatz. Beides muss stimmen, und zwar in dieser Reihenfolge.
Konstruieren, das Ritual
- Planfigur: kleine Freihandskizze, gegebene Stücke farbig markieren.
- Konstruktion mit Zirkel, Lineal, Geodreieck.
- Konstruktionsbeschreibung: jeden Schritt knapp notieren.
Beispiel SSS (, , ): Strecke zeichnen; um mit ; Kreis um mit Radius ; der Schnittpunkt ist . (Die Kreise schneiden sich zweimal, beide sind kongruent, nur gespiegelt.)
Konstruktion nach SWS
Konstruiere das mit , und . (Der liegt zwischen und .)
- 1
Planfigur: Skizze mit unten links; von gehen (nach rechts zu ) und (schräg nach oben zu ) aus, dazwischen .
- 2
Schritt 1: Strecke zeichnen.
- 3
Schritt 2: In den Winkel an antragen (freier Schenkel nach oben).
- 4
Schritt 3: Auf dem freien Schenkel abtragen (Zirkel!) → Punkt .
- 5
Schritt 4: mit verbinden. Das Dreieck ist nach SWS eindeutig.
Ein eindeutiges Dreieck; Messkontrolle: .
Eindeutig oder nicht?
Reichen die Angaben für ein eindeutiges ? a) , , b) , , c) , ,
- 1
Was ist gesucht? Zu jedem Fall die Entscheidung: eindeutig, mehrdeutig oder gar nicht möglich?
Wichtig: Das sind zwei verschiedene Prüfungen, die oft verwechselt werden.
- Existiert überhaupt ein Dreieck? (Dreiecksungleichung)
- Ist es eindeutig? (Kongruenzsatz)
Ein Fall kann die erste Prüfung bestehen und an der zweiten scheitern, oder umgekehrt.
- 2
Teil a): Schritt 1: Existenz prüfen.
Drei Seiten sind gegeben. Ein Dreieck entsteht nur, wenn die beiden kürzeren Seiten zusammen länger sind als die längste, sonst reichen sie nicht bis zum anderen Ende (Dreiecksungleichung).
- 3
Teil a): Schritt 2: Eindeutigkeit prüfen.
Drei Seiten gegeben. Das ist der Kongruenzsatz SSS. Damit liegt das Dreieck fest.
Ergebnis: eindeutig.
(Die Spiegelung zählt nicht als zweites Dreieck: Gespiegelte Dreiecke sind kongruent.)
- 4
Teil b): Schritt 3: Die prüfen.
Die Angaben sind also nicht widersprüchlich, ein solches Dreieck existiert.
- 5
Teil b): Schritt 4: Aber ist es eindeutig?
Nein. WWW ist kein Kongruenzsatz.
Die drei legen nur die Form fest, nicht die Größe. Du kannst dasselbe Dreieck beliebig vergrößern, alle Winkel bleiben gleich, die Seiten werden länger.
Ergebnis: unendlich viele Dreiecke, alle einander ähnlich.
- 6
Teil c): Schritt 5: Existenz prüfen.
Die beiden kürzeren Seiten zusammen sind kürzer als die längste. Sie reichen also gar nicht aneinander heran.
Stell es dir mit Stäben vor: Ein -cm- und ein -cm-Stab schaffen es nicht, die Enden eines -cm-Stabes zu verbinden.
Ergebnis: Es existiert gar kein Dreieck.
- 7
Schritt 6: Die drei Fälle nebeneinander.
existiert? eindeutig? a) SSS ja ja b) WWW ja nein (unendlich viele) c) SSS nein , Merke dir die Reihenfolge: Prüfe immer zuerst, ob das Dreieck existieren kann. Erst danach lohnt die Frage nach der Eindeutigkeit.
a) eindeutig (SSS) · b) existiert, aber unendlich viele ähnliche Dreiecke (WWW ist kein Kongruenzsatz) · c) kein Dreieck möglich ()
Typischer Fehler
„Zwei Seiten und irgendein . Das ist doch SWS, also eindeutig."
Bei SWS muss der Winkel zwischen den beiden Seiten liegen (eingeschlossener Winkel)! Liegt er woanders, greift höchstens SsW, und der verlangt, dass der Winkel der größeren Seite gegenüberliegt. Liegt der Winkel der kleineren Seite gegenüber, kann es zwei verschiedene geben. Die Position des Winkels entscheidet also über die Eindeutigkeit.
Übung 1
leichtWelcher Kongruenzsatz passt? a) gegeben b) gegeben c) gegeben ( zwischen und )
Tipp anzeigen
Wo liegen die gegebenen ?
Lösung anzeigen
a) SSS b) WSW ( und liegen an an) c) SWS
Detaillierte Schritterklärung anzeigen
Hier wird jeder Schritt einzeln erklärt, vor allem, warum er gemacht wird.
✦ Empfohlen: Standard – Die normale Erklärungstiefe passt zum Einstieg.
- 1
Die Angaben typisieren
Zähle, was gegeben ist: nur Seiten? Seiten und Winkel? Und WO liegen die Winkel relativ zu den Seiten? Daraus ergibt sich der Satzname (S = Seite, W = Winkel, Reihenfolge = Lage).
- 2
a) bis c) zuordnen
a) Drei Seiten: SSS. b) mit den anliegenden Winkeln und : WSW. c) zwischen und : SWS.
- 3
Was die Sätze leisten
Jeder passende Satz garantiert: Aus diesen Angaben entsteht (bis auf Spiegelung) genau EIN , zwei Dreiecke mit denselben Angaben sind kongruent.
Übung 2
mittelKonstruiere das mit , , und beschreibe die Konstruktion. Wie groß ist (Rechnung!)?
Tipp anzeigen
WSW: beide an der Seite antragen.
Lösung anzeigen
- cm zeichnen. 2. In : 45° antragen. 3. In : 60° antragen (zur gleichen Seite). 4. Schnittpunkt der freien Schenkel ist .
Detaillierte Schritterklärung anzeigen
Hier wird jeder Schritt einzeln erklärt, vor allem, warum er gemacht wird.
✦ Empfohlen: Standard – Die normale Erklärungstiefe passt zum Einstieg.
- 1
Konstruktionsplan nach WSW
Gegeben sind , , , die Winkel liegen an an: WSW-Lage. Plan: Seite zeichnen, beide Winkel an ihren Enden antragen, Schnittpunkt suchen.
- 2
Die vier Konstruktionsschritte
- cm zeichnen. 2. In den -Winkel antragen. 3. In den -Winkel antragen (gleiche Seite). 4. Schnittpunkt der freien Schenkel ist .
- 3
γ berechnen statt messen
Innenwinkelsatz: .
Übung 3
schwerZwei haben übereinstimmend , und ( liegt gegenüber). Sind sie zwangsläufig kongruent? Begründe mit dem passenden Kongruenzsatz.
Tipp anzeigen
Welcher Seite liegt der gegenüber, der größeren oder der kleineren?
Lösung anzeigen
Der Winkel liegt der Seite gegenüber, und ist die größere der beiden gegebenen Seiten ().
Damit greift SsW: Die Dreiecke sind eindeutig bestimmt und kongruent. (Läge der Winkel der kleineren Seite gegenüber, wäre die Lage nicht eindeutig!)
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Hier wird jeder Schritt einzeln erklärt, vor allem, warum er gemacht wird.
✦ Empfohlen: Standard – Die normale Erklärungstiefe passt zum Einstieg.
- 1
Die kritische Angabenlage erkennen
Gegeben: zwei Seiten (, ) und ein Winkel, der NICHT dazwischen liegt, sondern GEGENÜBER, die heikle SSW-Lage.
- 2
Die Zusatzbedingung prüfen
SsW gilt nur, wenn der Winkel der GRÖSSEREN Seite gegenüberliegt. Hier: liegt gegenüber, und ✓, die Bedingung ist erfüllt.
- 3
Die Folgerung ziehen
SsW greift: Die Angaben bestimmen das Dreieck eindeutig, beide Dreiecke sind zwangsläufig kongruent.
Zusammenfassung
Kongruent heißt deckungsgleich, und schon drei passende Stücke legen ein fest: SSS, SWS ( eingeschlossen!), WSW und SsW (Winkel gegenüber der größeren Seite). WWW liefert nur die Form. Konstruiert wird mit Ritual: Planfigur, Zirkelarbeit, Beschreibung, und vorher lohnt der Blick, ob das Dreieck überhaupt existiert und eindeutig ist.


