Serie 55

Aufgabe 8

Wertungsaufgabe 656

„Das ist ein schöner Körper, den du gezeichnet hast.“, sagte Mike zu Bernd. „Ja, der gefällt mir auch, wobei ich zuerst einen noch etwas anderen hatte, beginnend mit einem Würfel statt des Prismas ABCDEF.“, erwiderte Bernd.
Wenn der Körper in der Mitte ein Würfel ist (a =10 cm) und alle Seitenflächen, die zu sehen sind, den gleichen Flächeninhalt haben sollen, wie groß sind dann die Oberfläche und das Volumen des zusammengesetzten Körpers? (2 + 4 blaue Punkte)
Wie groß sind die Oberfläche und das Volumen des abgebildeten Körpers, wenn AB=BS₂=AS₂= a = 10 cm lang ist und die Flächeninhalte aller sichtbaren Seitenflächen gleich groß sein sollen? - 6 rote Punkte

Termin der Abgabe 03.12.2020. Срок сдачи 03.12.2020. Ultimo termine di scadenza per l´invio è il 03.12.2020. Deadline for solution is the 3th. December 2020. Date limite pour la solution 03.12.2020. Soluciones hasta el 03.12.2020. Beadási határidő 2020.12.03.

rus

«Это красивое тело, которое ты нарисовал», сказал Майк Бернду. «Да, мне оно тоже нравится, причём сначала я предположил немного другое тело, начиная с кубиком вместо призмы ABCDEF», ответил Бернд.
Если тело в середине кубик (a =10 см) и все видимые боковые плоскости обладают одинаковой площадью, какие в таком случае значения имеют тогда поверхность и объём составного тела? (2 + 4 синих очков).
Каковы поверхность и объём изображённого тела, если AB =BS₂=AS₂= a = 10 см и площади всех видимых боковых плоскостей равны между собой? (6 красных очков). Все треугольники изображённого тела равносторонние.

hun

„Nagyon szép ez a test, amit rajzoltál.” – mondta Mike Berndnek. „Igen, nekem is tetszik, bár először másvalamit akartam elkezdeni egy kockával az ABCDEF hasáb helyett.” - válaszolta Bernd.
Ha a test a kocka közepén (a =10 cm) és minden látható oldalfelületnek egyforma a területe, mekkora a felülete és a térfogata az összeállított testnek? (2+4 kék pont)
Mekkora a felülete és a térfogata annak a testnek, amelynek AB=BS₂=AS₂= a = 10 cm hosszú és a területe minden látható oldalfelületnek egyenlő? 6 piros pont

fr

« C'est une belle figure que tu as dessiné. », dit Mike à Bernd. "Oui, j'aime ça aussi, même si au début j'en avais une légèrement différente, en commençant par un cube au lieu du prisme ABCDEF", a répondu Bernd.
Si la figure au milieu est un cube (a = 10 cm) et que toutes les surfaces latérales visibles doivent avoir la même surface, quelle est la surface et le volume de la figure assemblée? (2 + 4 points bleus)
Quelle est la taille de la surface et le volume de la figure représentée, si AB =BS₂=AS₂ = a = 10 cm et la surface de toutes les surfaces latérales visibles doit être la même? - 6 points rouges

esp

“Es un cuerpo bello que has esbozado”, le dijo Mike a Bernd. “Sí, a mí me gusta también a lo cual principalmente lo tenía un poco diferente, comenzado con un cubo en vez de un prisma ABCDEF”, replicó Bernd.
Si el cuerpo en el medio es un cubo (a = 10 cm) y todos los planos laterales visibles tienen el mismo área - ¿de qué tamaño son la superficie y el volumen del cuerpo compuesto? (2 + 4 puntos azules)
Si AB =BS₂=AS₂ = a = 10 cm y las áreas de todos los planos laterales visibles son del mismo tamaño, ¿cuánto miden el área y el volumen del cuerpo proyectado? 6 puntos rojos.

en

“That’s a nice figure, that you’ve drawn.”, Mike told Bernd. “Yes, I like it too, although I had a different one before, beginning with a cube instead of the prism ABCDEF.”, answered Bernd.
If the figure in the middle is a cube (a =10 cm) and all side areas, which are visible, should have the same area, how big would the face and the volume of the newly formed figure be? (2 + 4 points)
How big are face and volume of the pictured figure, if AB =BS₂=AS₂ = a = 10 cm and the area of all visible side areas have to be the same size? - 6 red points 

it

“Hai disegnato un bel solido”, Mike diceva a Bernd. “Piace anche a me; bensì per primo avevo uno diverso che invece col prisma ABCDEF iniziava con un cubo”, replicava Bernd.
Se il solido al centro è un cubo (a = 10 cm) e tutte le superficie laterali visibili devono avere la stessa area, quale sono poi la superficie ed il volume del solido composto? – 2 + 4 punti blu
Quale sono la superficie ed il volume del solido mostrato nel disegno, nel caso che sia AB=BS₂=AS₂ = a = 10 cm e che tutte le superficie laterali visibili abbiano la stessa misura? – 6 punti rossi

Lösung/solution/soluzione/résultat/Решение:

Musterlösungen von Paulchen --> pdf <-- und Reinhold M, danke
im Fall des Würfels als Mittelkörper hat jede Seitenfläche des Würfels und damit jede Seitenfläche des Gesamtkörpers den Flächeninhalt A1
 A1 = a^2,
und der Gesamtkörper wird durch 12 gleichgroße Flächen begrenzt - 4 Quadrate und 2 * 4 = 8 Dreiecke -, so dass für seine Oberfläche Ablau
 Ablau = 12 A1 = 12 a^2
gilt. Da jedes der 8 Dreiecke die gleiche Grundlinie a und den gleichen Flächeninhalt A1 = a^2 hat, ist auch die Höhe h1 zur Spitze S1 bzw. S2 für alle Dreiecke gleichlang, und mit
 A1 = 1/2 a h1
folgt
 h1 = 2a.
Sei nun beispielsweise M2 der Fußpunkt der Höhe h2 der unteren Pyramide in S2 und A' der Fußpunkt der Höhe h1 des Dreiecks AS2B in S2, so gilt (Pythagoras)
 h2^2 + M2A'^2 = h1^2.
Da diese Argumentation für alle Seiten gilt, liegt also M2 im Mittelpunkt des Basisquadrats der Pyramide - analog natürlich auch bei der oberen - (die Pyramiden sind also gerade, alle Dreiecke sind gleichschenklig), so dass
 M2A' = a/2
und damit
 h2 = Wurzel(h1^2 - M2A'^2) = Wurzel((2a)^2 - (a/2)^2) = 1/2 Wurzel(15) a
folgt. Das Volumen VP4 einer Pyramide ist damit
 VP4 = 1/3 A1 h2 = 1/6 Wurzel(15) a^3
und mit dem Würfelvolumen
 VW = a^3
das Volumen Vblau des Gesamtkörpers
 Vblau = VW + 2 VP4 = 1/3 (3 + Wurzel(15)) a^3.
Im Würfelfall sind also der Oberflächeninhalt Ablau des zusammengesetzten Körpers 1200 cm^2 und sein Volumen Vblau 1000/3 (3 + Wurzel(15)), d.h. ca. 2290,994 cm^3.

Im abgebildeten Fall haben wie oben alle hier 6 Seitendreiecke die gleiche Grundlinie a und den gleichen Flächeninhalt, also auch gleichlange Höhen h1 - ich verwende teilweise die selben Bezeichnungen wie oben -, und zunächst ist bekannt, dass das Dreieck AS2B gleichseitig ist, so dass (Pythagoras)
 h1 = Wurzel(a^2 - (a/2)^2) = 1/2 Wurzel(3) a
folgt. Damit gilt für den Flächeninhalt A1 aller 6 Dreiecke und damit auch aller 3 Rechtecke
 A1 = 1/2 a h1 = 1/4 Wurzel(3) a^2.
Damit folgt zunächst für die Oberfläche Arot des Gesamtkörpers
 Arot = 9 A1 = 9/4 Wurzel(3) a^2.
Weiter folgt analog oben mit beispielsweise dem Fußpunkt M2 der Höhe h2 der unteren Pyramide in S2 und dem Fußpunkt A' der Höhe h1 des Dreiecks AS2B in S2 (Pythagoras)
 h2^2 + M2A'^2 = h1^2.
Da diese Argumentation für alle Seiten gilt, liegt also M2 im Mittelpunkt des gleichseitigen Basisdreiecks der Pyramide - analog natürlich auch bei der oberen - (die Pyramiden sind also reguläre Tetraeder, alle Dreiecke sind gleichseitig), so dass - ABC hat die gleiche Höhe h1 wie die identischen Seitendreiecke, und alle Höhen schneiden sich in einem Punkt, der die Höhen im Verhältnis 1:2 teilt -
 M2A' = 1/3 h1 = 1/6 Wurzel(3) a
und damit
 h2 = Wurzel(h1^2 - M2A'^2) = Wurzel(3/4 a^2 - 1/12 a^2) = 1/3 Wurzel(6) a
folgt. Das Volumen VP3 einer Pyramide ist damit
 VP3 = 1/3 A1 h2 = 1/12 Wurzel(2) a^3.
Weiter gilt mit der Höhe b = BE = CF = AD des dreiseitigen Prismas für den Inhalt der rechteckigen Seitenflächen
 A1 = 1/4 Wurzel(3) a^2 = a b,
folglich
 b = 1/4 Wurzel(3) a.
Demzufolge gilt für das Volumen VP des Prismas ABCDEF
 VP = A1 b = 3/16 a^3
und das Volumen Vrot des Gesamtkörpers
 Vrot = VP + 2 VP3 = 1/48 (9 + 8 Wurzel(2)) a^3.
Im abgebildeten Fall sind also der Oberflächeninhalt Arot des zusammengesetzten Körpers 225 Wurzel(3), d.h. ca. 389,71 cm^2, und sein Volumen Vrot 125/6 (9 + 8 Wurzel(2)), d.h. ca. 423,202 cm^3.