Formelsammlung Geometrie
Dieser Artikel ist eine Formelsammlung zum Thema Geometrie. Es werden mathematische Symbole verwendet, die im Artikel Liste mathematischer Symbole erläutert werden. |
Die Formelsammlung zur euklidischen Geometrie ist ein Teil der Formelsammlung, in der auch Formeln der anderen Fachbereiche zu finden sind.
Bezeichner und Schreibweisen
In den allermeisten Fällen gilt:
- Punkte werden mit lateinischen Großbuchstaben beschriftet.
- Linien wie Geraden, Strecken und Bögen werden mit lateinischen Kleinbuchstaben beschriftet.
- Winkel werden mit griechischen Kleinbuchstaben beschriftet.
Im Folgenden werden Winkel im Gradmaß angegeben.
Geometrie in der Ebene
Grundlagen
Winkel
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Scheitelwinkel
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Stufenwinkel
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Wechselwinkel
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Teilung einer Strecke
Verhältnisteilung: Um eine Strecke in einem bestimmten Verhältnis (in gleiche Teile) zu teilen, zeichnet man zunächst einen beliebigen Strahl von aus, der nicht parallel zu ist. Auf diesem trage man mal eine beliebig lange Strecke ab. Den erhaltenen Endpunkt verbinde man mit und zeichne die Parallelen zu durch die bei der Unterteilung von entstandenen Punkte. Deren Schnittpunkte mit teilen in gleiche Teile.
Flächen und Umfänge
Die Standardbezeichnung für Dreiecke:
- Eckpunkte
- und . Die Ecke ist beim gleichschenkligen Dreieck der Treffpunkt der gleichen Seiten und beim rechtwinkligen Dreieck der Scheitel des rechten Winkels.
- Seiten
- ist die der Ecke gegenüberliegende Seite, entsprechendes gilt für und . Beim gleichseitigen Dreieck werden alle Seiten mit bezeichnet.[1]
- Winkel
- ist der (Innen-)Winkel in Ecke , der Winkel in Ecke und der Winkel in Ecke .
Figur | Flächeninhalt A | Umfang U | Bemerkung, Weiteres |
---|---|---|---|
Dreieck | |||
Allgemeines Dreieck | Letztere Flächenformel wird als Satz des Heron bezeichnet. ist der halbe Umfang, der Umkreisradius und der Inkreisradius. | ||
Gleichseitiges Dreieck | Alle Seiten sind gleich lang. Alle Winkel sind gleich groß (60°). Höhenlinien = Symmetrieachsen = Winkelhalbierende = Seitenhalbierende= Mittennormale | ||
Gleichschenkliges Dreieck | Zwei Seiten sind gleich lang (Schenkel und ); die dritte Seite heißt Basis Die beiden Basiswinkel ( und ) sind gleich groß. Die Höhenlinie durch halbiert den Winkel und die Basis . | ||
Rechtwinkliges Dreieck | . Hypotenuse = längste Seite = Seite gegenüber dem 90°-Winkel. Katheten = Seiten, die den rechten Winkel bilden. Es gilt die Satzgruppe des Pythagoras (s. u.) | ||
Viereck | |||
Quadrat | Diagonale | ||
Rechteck | Diagonale | ||
Raute (Rhombus) | = Diagonalen, = beliebiger Innenwinkel. | ||
Parallelogramm | ist die Höhe zur Seite . | ||
Trapez | = parallele Seiten, = Mittellinie | ||
symmetrischer Drachen (Deltoid) | = Diagonalen. | ||
Sehnenviereck | Viereck mit Umkreis, Umkreisradius , halber Umfang; Diagonalen: , | ||
Tangentenviereck | Viereck mit Inkreis mit Inkreisradius . Es gilt | ||
Polygone | |||
Regelmäßiges Polygon |
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Kreis | |||
Kreis | Es bezeichnet die Kreiszahl. | ||
Kreisring | = Außenradius, = Innenradius | ||
Kreisausschnitt | b = (Winkel im Bogenmaß) | ||
Kreisabschnitt (Segment) | (Winkel im Bogenmaß) | ||
Kegelschnitte | |||
Ellipse | Menge der Punkte, für die die Summe der beiden Abstände zu zwei gegebenen Punkten (Brennpunkten) konstant () ist. Der Umfang lässt sich nicht mit elementaren Funktionen angeben (→ Elliptisches Integral). D,d großer und kleiner Durchmesser. Kartesische Koordinaten: | ||
Hyperbel | Keine geschlossene Fläche | Keine geschlossene Kurve | Menge aller Punkte, für die die absolute Differenz der Abstände zu den Brennpunkten konstant 2a ist. Kartesische Koordinaten: |
Parabel | Keine geschlossene Fläche | Keine geschlossene Kurve | Menge aller Punkte, deren Abstand zu einem speziellen festen Punkt (dem Brennpunkt) und einer speziellen Geraden (der Leitgeraden l) konstant ist. Kartesische Koordinaten: . |
Dreiecksgeometrie
Ausgezeichnete Punkte
- Seitenhalbierende (Schwerlinien)
- teilen einander im Verhältnis 2:1.
- schneiden sich in einem Punkt, dem Schwerpunkt S des Dreiecks.
- teilen die Dreiecksfläche in je zwei gleich große Teilflächen.
- Schnittpunkt der Mittelsenkrechten (Mittennormalen) = Mittelpunkt des Umkreises.
- Schnittpunkt der Winkelhalbierenden = Mittelpunkt des Inkreises.
- Höhenlinien
- schneiden einander in einem Punkt H, dem Höhenschnittpunkt des Dreiecks.
- Die Höhe hc ist der Normalabstand des Punktes C zur Seite c (rechter Winkel bei D).
Satzgruppe des Pythagoras
- Satz des Pythagoras
- Im rechtwinkligen Dreieck ist die Fläche des Quadrats über der Hypotenuse gleich der Summe der Flächen der Quadrate über den Katheten.
Sind und die Längen der Katheten und die Länge der Hypotenuse, dann gilt:
- Im rechtwinkligen Dreieck ist die Fläche des Quadrats über der Hypotenuse gleich der Summe der Flächen der Quadrate über den Katheten.
- Kathetensatz
- Im rechtwinkligen Dreieck ist das Quadrat über einer Kathete flächengleich dem Rechteck aus der Hypotenuse und der Projektion dieser Kathete auf die Hypotenuse.
Mit den Bezeichnungen der untenstehenden Zeichnung gilt:
- Im rechtwinkligen Dreieck ist das Quadrat über einer Kathete flächengleich dem Rechteck aus der Hypotenuse und der Projektion dieser Kathete auf die Hypotenuse.
- Höhensatz
Dreiecksungleichung
Die Summe zweier Seiten eines Dreiecks ist stets größer als die dritte Seite.
Kongruenz- und Ähnlichkeitssätze
Zwei Dreiecke sind kongruent bzw. deckungsgleich, wenn sie übereinstimmen in
- drei Seiten (sss)
- zwei Seiten und dem eingeschlossenen Winkel (sws)
- zwei Seiten und dem Gegenwinkel der längeren Seite (Ssw)
- einer Seite und den beiden anliegenden Winkeln (wsw)
Zwei Dreiecke sind ähnlich, wenn
- drei Paare entsprechender Seiten das gleiche Verhältnis haben
- zwei Paare entsprechender Seiten das gleiche Verhältnis haben und die von diesen Seiten eingeschlossenen Winkel übereinstimmen
- zwei Paare entsprechender Seiten dasselbe Verhältnis haben und die Gegenwinkel der längeren Seiten übereinstimmen
- zwei Winkel übereinstimmen
Strahlensätze
- Strahlensatz: Wird ein Zweistrahl durch zwei parallele Geraden geschnitten, so stehen die Strahlenabschnitte des ersten Strahles im gleichen Verhältnis wie die entsprechenden Abschnitte des zweiten Strahles.
- Strahlensatz: Wird ein Zweistrahl durch zwei parallele Geraden geschnitten, so stehen die Parallelabschnitte im gleichen Verhältnis, wie die vom Scheitelpunkt aus gemessenen zugehörigen Strahlenabschnitte auf jeweils demselben Strahl.
Geometrie der Körper
Körper | Volumen V | Oberfläche O | Bemerkungen, Weiteres |
---|---|---|---|
Prismen | |||
Parallelepiped (Spat) | |||
Quader | Raumdiagonalenlänge | ||
Allgemeines Prisma | Mantelfläche | ||
Säulen | |||
Rundsäule (Zylinder) | |||
Hohlzylinder | Außen-,Innenradius | ||
Pyramide | |||
Allgemeine Pyramide | |||
Pyramidenstumpf | Grundfläche Deckfläche | ||
Kegel | |||
Kreiskegel | nur für senkrechte Kegel: | Zusammenhang von Radius, Höhe und Seitenhöhe: | |
gerader Kegelstumpf | Radien | ||
Platonische Körper | |||
Tetraeder | |||
Hexaeder (Würfel) | Raumdiagonalenlänge | ||
Oktaeder | |||
Dodekaeder | |||
Ikosaeder | |||
Kugel und Kugelteile | |||
Kugel | |||
Kugelkalotte (Kugelmütze, Kugelkappe) | |||
Kugelsegment (Kugelabschnitt) | mit | ||
Kugelzone (Kugelschicht) | mit = Durchmesser des unteren Schnittkreises und = Durchmesser des oberen Schnittkreises | ||
Drehkörper | |||
Ellipsoid | Halbachsen a,b,c | ||
Torus |
siehe auch: Eulerscher Polyedersatz, Prinzip von Cavalieri
Trigonometrie
Analytische Geometrie
Literatur
- Lothar Papula: Mathematische Formelsammlung für Ingenieure und Naturwissenschaftler. mit zahlreichen Rechenbeispielen und einer ausführlichen Integraltafel. 11. überarb. Auflage. Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-8348-1913-0.
Einzelnachweise
Auf dieser Seite verwendete Medien
(c) Birgit Lachner, CC-BY-SA-3.0
Darstellung zur Verdeutlichung des Satzes über die Größe des Außenwinkels
(c) BirgitLachner, CC-BY-SA-3.0
Darstellung zur Verdeutlichung des Höhenschnittpunkts bei Dreiecken
Autor/Urheber: MartinThoma, Lizenz: CC BY-SA 3.0
Kreis mit eingezeichnetem Mittelpunkt (M), Radius (r), Durchmesser (d) und Umfang (c).
Die Nebenwinkel zweier sich schneidender Geraden
Right triangle with quantities a,b,c,h,p,q
(c) BirgitLachner, CC-BY-SA-3.0
Darstellung zur Erklärung des Begriffes Kreisbogen und Kreisauschnitt (Sektor)
Triangle with notations for sides and angles..
Die Scheitelwinkel zweier sich schneidender Geraden
(c) BirgitLachner, CC-BY-SA-3.0
Darstellung zur Verdeutlichung der Informationen zum Schnittpunkt der Winkelhalbierenden bei Dreiecken
(c) BirgitLachner, CC-BY-SA-3.0
Darstellung zur Erklärung des Begriffes Kreisabschnitt (Segment)
(c) BirgitLachner, CC-BY-SA-3.0
Darstellung zur Verdeutlichung der Informationen zum Schnittpunkt der Seitenhalbierenden bei Dreiecken