Pyramiden, Kegel und Kugel — vermischte Körperberechnungen

Pyramids, Cones and Spheres — Mixed Solid Calculations

Mathematik Klasse 10 18 Aufgaben
GeometrieVolumenOberfläche3D-KörperKerncurriculum

Volumen und Oberfläche von Pyramide, Kegel und Kugel im Wechsel — V = 1/3·G·h für Pyramide und Kegel, V = 4/3·π·r³ für die Kugel — samt Rückwärtsaufgaben (Höhe aus Volumen). Das Cavalieri-Prinzip ist die verbindende Begründung: Körper gleicher Höhe mit stets flächengleichem Querschnitt haben dasselbe Volumen. Anders als bei den Einzeltopics ist hier die Auswahl der passenden Formel Teil der Aufgabe, nicht durch die Kapitelüberschrift vorgegeben. Kombinierte Sachanwendungen mit Trigonometrie und Strahlensatz folgen im Anwendungs-Topic.

Leicht
Multiple Choice #1 15s ▶ Testen

Eine Pyramide hat die Grundfläche A_G = 24 cm² und die Höhe h = 5 cm. Welche Rechnung ergibt ihr Volumen?

  • ● ⅓ · 24 · 5 = 40 cm³
  • ○ 24 · 5 = 120 cm³
  • ○ ½ · 24 · 5 = 60 cm³
V = ⅓ · A_G · h. Ohne das ⅓ (24·5) rechnet man das Prismenvolumen, mit ½ eine falsche Bruchzahl.
Zahleneingabe #2 20s ▶ Testen

Eine quadratische Pyramide hat die Grundkante a = 6 cm und die Höhe h = 10 cm. Berechne das Volumen (in cm³).

✓ Antwort: 120
A_G = 6² = 36 cm². V = ⅓ · 36 · 10 = 120 cm³.
Zahleneingabe #3 20s ▶ Testen

Eine Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche (8 cm × 5 cm) und die Höhe 12 cm. Berechne das Volumen (in cm³).

✓ Antwort: 160
A_G = 8 · 5 = 40 cm². V = ⅓ · 40 · 12 = 160 cm³.
Multiple Choice #4 12s ▶ Testen

Wie viele dreieckige Seitenflächen hat eine gerade quadratische Pyramide?

  • ● 4
  • ○ 5
  • ○ 8
Eine n-seitige Pyramide hat n Seitendreiecke — bei quadratischer Grundfläche also 4. Die Grundfläche zählt nicht zum Mantel.
Zahleneingabe #5 25s ▶ Testen

Berechne das Volumen eines Kegels mit r = 3 cm und h = 7 cm (π ≈ 3,14, auf 1 Dezimale runden).

✓ Antwort: 65.9
V = ⅓ · 3,14 · 9 · 7 = ⅓ · 197,82 ≈ 65,9 cm³.
Zahleneingabe #6 15s ▶ Testen

Ein gerader Kegel hat r = 4 cm und h = 3 cm. Berechne die Mantellinie s (in cm).

✓ Antwort: 5
s² = r² + h² = 16 + 9 = 25. s = 5 cm.
Multiple Choice #7 18s ▶ Testen

Ein schiefes und ein gerades Prisma haben gleiche Grundfläche und gleiche Höhe. Was gilt für ihre Volumina?

  • ● Beide haben das gleiche Volumen.
  • ○ Das gerade Prisma hat mehr Volumen.
  • ○ Das schiefe Prisma hat mehr Volumen.
Nach dem Prinzip von Cavalieri sind die Schnittflächen in jeder Höhe gleich, also auch die Volumina. Das Verschieben (schief statt gerade) ändert das Volumen nicht.
Zahleneingabe #8 25s ▶ Testen

Berechne das Volumen einer Kugel mit r = 6 cm (π ≈ 3,14, auf 1 Dezimale runden).

✓ Antwort: 904.3
V = ⁴⁄₃ · 3,14 · 216 = ⁴⁄₃ · 678,24 ≈ 904,3 cm³.
Mittel
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

Eine gerade quadratische Pyramide ist 0,85 m hoch und hat das Volumen 4,25 m³. Wie lang ist die Grundkante (in m, auf 1 Dezimale runden)?

✓ Antwort: 3.9
V = ⅓ · a² · h → a² = 3V/h = 3·4,25/0,85 = 15. a = √15 ≈ 3,9 m.
Multiple Choice #2 20s ▶ Testen

Ein Kegel hat r = 6 cm, Körperhöhe h = 8 cm und Mantellinie s = 10 cm. Welche Rechnung ergibt sein Volumen?

  • ● ⅓ · π · 6² · 8
  • ○ ⅓ · π · 6² · 10
  • ○ π · 6² · 8
Im Volumen steht die Körperhöhe h = 8 cm, nicht die Mantellinie s = 10 cm. Ohne das ⅓ erhielte man das Zylindervolumen.
Zahleneingabe #3 30s ▶ Testen

Ein Kegel hat das Volumen 150 cm³ und den Radius r = 5 cm. Berechne die Höhe h (in cm, π ≈ 3,14, auf 1 Dezimale runden).

✓ Antwort: 5.7
V = ⅓πr²h → h = 3V/(πr²) = 450/(3,14·25) = 450/78,5 ≈ 5,7 cm.
Zahleneingabe #4 25s ▶ Testen

Berechne die Oberfläche eines geraden Kegels mit r = 4 cm und s = 5 cm (π ≈ 3,14, auf 2 Dezimalen runden).

✓ Antwort: 113.04
O = πr² + πrs = π·r·(r+s) = 3,14·4·(4+5) = 3,14·4·9 = 113,04 cm².
Multiple Choice #5 18s ▶ Testen

Eine schiefe und eine gerade Pyramide haben gleiche Grundfläche und gleiche Höhe. Was gilt für ihre Volumina?

  • ● Beide haben das gleiche Volumen.
  • ○ Die gerade Pyramide hat mehr Volumen.
  • ○ Die schiefe Pyramide hat mehr Volumen.
Nach dem Prinzip von Cavalieri sind die Querschnitte in jeder Höhe gleich — deshalb gilt V = ⅓·A_G·h für jede Pyramide, nicht nur die gerade.
Zahleneingabe #6 25s ▶ Testen

Eine Kugel hat das Volumen 36π cm³. Berechne den Radius (in cm).

✓ Antwort: 3
V = ⁴⁄₃·π·r³ = 36π → r³ = 36·¾ = 27 → r = 3 cm.
Multiple Choice #7 18s ▶ Testen

Verdoppelt man den Radius einer Kugel, wie ändert sich ihr Volumen?

  • ● Es verachtfacht sich (·8).
  • ○ Es verdoppelt sich (·2).
  • ○ Es vervierfacht sich (·4).
V = ⁴⁄₃πr³. Mit 2r wird V' = ⁴⁄₃π(2r)³ = 8·V. Das Volumen wächst mit 2³ = 8, nicht linear mit dem Radius.
Zahleneingabe #8 25s ▶ Testen

Eine Halbkugel hat den Radius r = 10 cm. Berechne ihr Volumen (in cm³, π ≈ 3,14, auf 1 Dezimale runden).

✓ Antwort: 2093.3
V = ½ · ⁴⁄₃·πr³ = ⅔·3,14·1000 = 2093,3 cm³.
Zahleneingabe #9 25s ▶ Testen

Aus einer Kugel mit 5 cm Durchmesser sollen kleine Kugeln mit 5 mm Durchmesser gegossen werden. Wie viele lassen sich (ohne Verlust) gießen?

✓ Antwort: 1000
Das Volumen wächst mit der dritten Potenz. Die Durchmesser stehen im Verhältnis 50 mm zu 5 mm, also 10; damit ergeben sich 10³ = 1000 kleine Kugeln — nicht 10.
Schwer
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

Eine gerade quadratische Pyramide hat die Grundkante a = 8 cm und die Seitenkante (Kante zur Spitze) s = 10 cm. Berechne die Körperhöhe (in cm, auf 1 Dezimale runden).

✓ Antwort: 8.2
Die halbe Diagonale ist a√2/2 = 4√2 ≈ 5,66 cm. h² = s² − (a√2/2)² = 100 − 32 = 68. h = √68 ≈ 8,2 cm.