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Aufgabe:

Von einem gleichschenkeligen Trapez kennt man den Flächeninhalt und Seite a und b.

Wie errechne ich die Diagonale e?

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Hallo Lilly,

Sind \(a\), \(b\) und die Fläche \(A\) gegeben, so löse folgendes Gleichungssystem$$\left(\begin{pmatrix} x\\y \end{pmatrix}- \begin{pmatrix} a\\0 \end{pmatrix}\right)^2=b^2, \quad xy=A $$Die Länge der Diagonale \(e\) berechnet sich anschließed aus$$e=\sqrt{x^2+y^2}$$Ersteres ist ggf.ein Problem, da dies in ein Polynom vierten Grades resultiert.

Beispiel: \(a=8,\space b=5,\space A = 20\) führt zu der Gleichung$$x^4-16x^3+39x^2+400=0$$diese Gleichung hat zwei Lösungen im Reellen \(x_1=5\) und \(x_2\approx 12,75\). Du kannst solche Gleichungen immer nummerisch lösen. Habt Ihr das schon gehabt?

Gruß Werner

Avatar von 48 k

Danke,

aber die og. Gleichungsystem ist nicht gelernt (4.kl. Gymnasium)

Ich habe immer 2 unbekannten bei A dh Fläche: A= (a+c).h/2  (c und h unbekannt) und bei b² = x²+h² ( x und h sind unbekannt)

Ich habe immer 2 unbekannten bei A dh Fläche: A= (a+c).h/2  (c und h unbekannt)

das ist doch schonmal was. Schau Dir folgende Skizze an:

blob.png

die orange-farbende Strecke \(|M_{da}M_{bc}|=|AH_c|\)(gilt beim gleichschenkligen Trapez) ist $$|AH_c| = \frac{a+c}2 =x$$und die schwarze Strecke \(|H_cC|=h\) ist das \(y\) aus meiner Gleichung. Für die Fläche \(A\) gilt$$A= \frac{a+c}2 h = xy\quad (1)$$Und da das Dreieck \(\triangle AH_cC\) rechtwinklig ist, gilt der Pythagoras.$$e=\sqrt{x^2+y^2}$$Der Punkt \(C\) liegt auf einem Kreis mit Mittelpunkt \(B\) und Radius \(|BC|=b\).

Wenn man ein Koordinatensystem mit Ursprung bei \(A\) einführt und die X-Richtung in Richtung der Seite \(|AB|=a\) legt, dann hat \(C\) die Koordinate$$C = (x,\,y)$$Die Kreisgleichung für den Kreis um \(B\) mit Radius \(b\) - auf dem der Punkt \(C\) liegt, ist$$(x-a)^2 + y^2=b^2\quad (2)$$Die Gleichungen (1) und (2) sind die in meiner Antwort.

Vielen Dank Herr Werner-Salomon.

Leider, ich habe nicht verstanden wie ich h bzw. c errechnen kann wenn ich nur a=AB und b=BC habe. X kann ich nicht errechnen da ich c weiß, y kann ich nicht errechnen da ich nicht x weiß...

Trozdem, vielen Dank.

Leider, ich habe nicht verstanden wie ich h bzw. c errechnen kann wenn ich nur a=AB und b=BC habe.

Du hast doch noch die Fläche und die Information, dass es sich um ein gleichschenkliges Trapez handelt. Das sind zusammen fünf Informationen, was im Prinzip für ein Viereck reicht.

Nach dem, was ich in meinem letzten Kommentar zu erklären versuchte, gibt es zwei Gleichungen:$$hx = A\space; \quad x = |AH_c|=\frac{a+c}{2} \\ (x-a)^2 + h^2 = b^2$$Das sind zwei Gleichungen mit den zwei Unbekannten \(h\) und \(x\). Die Größen \(A\), \(a\) und \(b\) sind gegeben.

Aus der ersten Gleichung folgt$$x = \frac Ah$$das setzt man in die zweite Gleichung ein$$\left( \frac Ah-a\right)^2 + h^2 = b^2$$das ist eine Gleichung mit einer Unbekannten \(h\). Die Multiplikation der Gleichung mit \(h^2\) beseitigt dann noch die Unbekannte im Nenner$$\begin{aligned}\left(A - ah\right)^2 + h^4 &=b^2h^2 &&|\,- b^2h^2 \\ h^4 + (a^2-b^2)h^2 -2Aah + A^2&= 0\end{aligned}$$und man erhält das besagte Polynom 4.Grades.

Da Du ungefähr weißt, wie groß die Höhe \(h\) im Tapez sein wird \( h \approx< b\), kannst Du durch geschicktes Probieren auch einen ungefähren Wert für \(h\) bestimmen.

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Zwischen a und b liegt ein Winkel der Größe β. Er ist einerseits verantwortlich für die Höhe des Trapezes (b*sin β), anderesseits für die Länge c (die ist a-2bcosβ)

Somit gilt für die Fläche A=0,5(a+a-2bcosβ)*(b*sin β).

Die Diagonale e kannst du aus a, b und cosβ mit dem Kosiinussatz berechnen.

cosβ selbst erhältst du aus A, a und b durch Umstellen der Flächenformel.

Avatar von 54 k 🚀

cosβ selbst erhältst du aus A

-->  Gleichung vierten Grades
-->  Lösung nicht eindeutig

Lösung nicht eindeutig

sowieso nicht

blob.png

die beiden Trapeze oben haben den gleichen Flächeninhalt, und die gleichen Seiten \(a\) (lila) und \(b\) (rot).

aber unterschiedlich lange Diagonalen

Edit : Diese Zeile macht nur Sinn, wenn man berücksichtigt, dass ich oben "wieso nicht" statt dein "sowieso nicht" gelesen habe.

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