Das Volumen der Pyramide

The Volume of the Pyramid

Mathematik Klasse 10 30 Aufgaben
GeometrieRaumgeometrieVolumenPyramidePrinzip von Cavalieri

Ein Würfel lässt sich in drei gleiche Pyramiden mit der Grundfläche a² und der Höhe a zerlegen: Jede hat ein Drittel des Würfelvolumens. Nach Cavalieri gilt das für jede Pyramide, denn bei gleicher Grundfläche und Höhe sind die Schnittflächen in jeder Höhe gleich (k² · G). So entsteht V = ⅓ · G · h mit der Körperhöhe h. Räumt aus, den Faktor ⅓ zu vergessen, ½ zu setzen oder die Seitenhöhe einzusetzen. Bereitet den Kegel als Grenzfall und die Kugel vor.

Drei Pyramiden im Würfel

Ein Würfel mit der Kante a lässt sich von einer Ecke G aus in drei gleiche Pyramiden zerlegen. Ihre Grundflächen sind die drei Würfelflächen, die G nicht berühren; jede hat die Grundfläche und die Höhe a. Also ist jede Pyramide ein Drittel des Würfels: . Bei a = 3 cm: 27 cm³ : 3 = 9 cm³.

Ein Würfel, dreimal gezeichnet: Von der Ecke G aus gesehen zerfällt er in drei gleiche Pyramiden. Ihre Grundflächen sind die drei Würfelflächen, die G nicht berühren (unten, vorne, links). Grundfläche unten Grundfläche vorne Grundfläche links
Ein Würfel, dreimal gezeichnet: drei gleiche Pyramiden mit der gemeinsamen Spitze G.

Gleiche Schnitte

Gilt das auch für andere Pyramiden? Schneide eine Pyramide im Abstand d von der Spitze waagerecht durch: Alle Längen sind mit dem Faktor k = d/h verkleinert, die Schnittfläche also mit k²: . Bei halber Höhe ist k = ½ und A = ¼ · G. Zwei Pyramiden mit gleicher Grundfläche und gleicher Höhe haben daher in jeder Höhe gleich große Schnitte, auch wenn ihre Grundflächen verschieden geformt sind. Nach Cavalieri haben sie dasselbe Volumen. Streckst du die Würfelpyramide in der Höhe von a auf h, wächst das Volumen im Verhältnis h : a, also . Das gilt für jede quadratische Grundfläche a² und damit für jede Grundfläche.

Verschiebe die Schnittebene mit d. Bleiben die beiden Schnittflächen gleich groß?

V = ⅓ · G · h

Damit gilt für jede Pyramide

mit der Körperhöhe h – nicht der Seitenhöhe. Die Pyramide ist ein Drittel des Prismas über derselben Grundfläche. Beispiel a = 6 cm, h = 4 cm: . Beim Dreieck steht in der Flächenformel ein Halb, hier ein Drittel. Warum nicht ein Halb? Weil die Pyramide nach oben schnell schmaler wird: Schon in halber Höhe ist der Schnitt nur noch ein Viertel der Grundfläche, und dieser Verlust summiert sich zu zwei Dritteln des Prismas.

Verändere a und h. Wie viel vom Quader füllt die Pyramide?
Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Ein Würfel mit der Kante 6 cm wird in drei gleiche Pyramiden zerlegt (gemeinsame Spitze in einer Ecke). Wie groß ist das Volumen einer Pyramide?

  • ● 72 cm³
  • ○ 36 cm³
  • ○ 108 cm³
Der Würfel hat V = 6³ = 216 cm³. Drei gleiche Pyramiden teilen ihn: 216 : 3 = 72 cm³. 36 cm³ wäre 6² und damit nur die Grundfläche ohne die Höhe, 108 cm³ die Hälfte des Würfels.
Wahr / Falsch #2 15s ▶ Testen

Ein Würfel mit der Kante 6 cm besteht aus vier Pyramiden mit der Grundfläche 36 cm² und der Höhe 6 cm.

✓ Falsch
Solche Pyramiden mit gemeinsamer Spitze in einer Ecke gibt es nur drei: Die drei Würfelflächen, die die Spitze nicht berührt, sind ihre Grundflächen. Jede Pyramide hat V = 216 : 3 = 72 cm³; vier davon wären 288 cm³, mehr als der ganze Würfel.
Multiple Choice #3 20s ▶ Testen

Jede der drei Pyramiden im Würfel mit der Kante 8 cm hat eine Würfelfläche als Grundfläche und die gegenüberliegende Ecke als Spitze. Wie hoch ist eine Pyramide?

  • ● 8 cm
  • ○ 4 cm
  • ○ 11,3 cm
Die Spitze liegt in der Ecke, die der Grundfläche gegenüberliegt; ihr Abstand von der Grundfläche ist eine ganze Würfelkante: h = 8 cm. 4 cm wäre die halbe Kante, 11,3 cm die Flächendiagonale 8 · √2.
Multiple Choice #4 20s ▶ Testen

Eine Pyramide hat die Grundfläche 36 cm² und die Höhe 12 cm. Wie groß ist die Schnittfläche in halber Höhe (6 cm über der Grundfläche)?

  • ● 9 cm²
  • ○ 18 cm²
  • ○ 12 cm²
In halber Höhe sind alle Längen halbiert (Faktor k = ½), also die Fläche mit k² = ¼ multipliziert: 36 : 4 = 9 cm². 18 cm² rechnet linear (die Hälfte), 12 cm² wäre ein Drittel.
Wahr / Falsch #5 15s ▶ Testen

Zwei Pyramiden haben die Höhe 12 cm und die abgebildeten Grundflächen (beide 36 cm²). In 3 cm Abstand von der Spitze sind ihre Schnittflächen gleich groß.

✓ Wahr
In 3 cm Abstand von der Spitze ist k = 3/12 = ¼ die Verkleinerung der Längen und damit 1/16 die der Fläche: 36 : 16 = 2,25 cm² bei beiden, egal ob Quadrat oder Rechteck.
Wahr / Falsch #6 15s ▶ Testen

Eine Pyramide hat die Grundfläche 48 cm². In halber Höhe beträgt ihre Schnittfläche 12 cm².

✓ Wahr
Halbe Höhe heißt: alle Längen halbiert, also die Fläche geviertelt: 48 : 4 = 12 cm². Die Hälfte (24 cm²) wäre der typische Fehler.
Multiple Choice #7 20s ▶ Testen

Welche Rechnung liefert das Volumen dieser Pyramide?

  • ● ⅓ · 10² · 12
  • ○ ⅓ · 10² · 13
  • ○ 10² · 12
V = ⅓ · G · h mit G = a² = 10² und der Körperhöhe h = 12. Die Seitenhöhe 13 gehört nicht in die Volumenformel, und ohne das Drittel käme das Prisma heraus.
Wahr / Falsch #8 15s ▶ Testen

Für eine Pyramide mit der Grundfläche G = 24 cm² und der Höhe h = 9 cm gilt V = ½ · 24 · 9 = 108 cm³.

✓ Falsch
Beim Dreieck steht ein Halb in der Flächenformel, bei der Pyramide ein Drittel: V = ⅓ · 24 · 9 = 72 cm³.
Wahr / Falsch #9 25s ▶ Testen

Eine Pyramide hat G = 20 cm² und h = 9 cm. Lea rechnet: V = 20 · 9 = 180 cm³. Stimmt das?

✓ Nein
Wahr / Falsch #10 25s ▶ Testen

Eine Pyramide hat G = 15 cm² und h = 6 cm. Tim rechnet: V = 15 · 6 = 90 cm³. Stimmt das?

✓ Nein
Wahr / Falsch #11 25s ▶ Testen

Ein Würfel wird in gleich große Pyramiden zerlegt, die alle eine Würfelfläche als Grundfläche und die Würfelkante als Höhe haben. Sind es drei Pyramiden?

✓ Ja
Wahr / Falsch #12 25s ▶ Testen

Ein Würfel mit der Kante 6 cm wird in drei gleiche Pyramiden zerlegt. Hat jede das Volumen 72 cm³?

✓ Ja
Wahr / Falsch #13 25s ▶ Testen

Eine Pyramide hat G = 12 cm² und h = 5 cm. Ist V = 20 cm³?

✓ Ja
Wahr / Falsch #14 25s ▶ Testen

Eine Pyramide hat G = 18 cm² und h = 4 cm. Ist V = 24 cm³?

✓ Ja
Mittel
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

Ein Würfel mit der Kante 9 cm besteht aus drei gleichen Pyramiden. Wie groß ist das Volumen einer Pyramide (in cm³)?

✓ Antwort: 243
V(Würfel) = 9³ = 729 cm³, eine Pyramide ist ein Drittel: 729 : 3 = 243 cm³.
Zahleneingabe #2 30s ▶ Testen

Eine Pyramide hat die Grundfläche 45 cm² und die Höhe 15 cm. Wie groß ist die Schnittfläche in 5 cm Abstand von der Spitze (in cm²)?

✓ Antwort: 5
Der Abstand 5 cm ist ein Drittel der Höhe: k = ⅓. Die Fläche wird mit k² = 1/9 multipliziert: 45 : 9 = 5 cm².
Zahleneingabe #3 30s ▶ Testen

Eine quadratische Pyramide hat die Grundkante a = 9 cm und die Höhe h = 10 cm. Berechne das Volumen (in cm³).

✓ Antwort: 270
V = ⅓ · G · h = ⅓ · 81 · 10 = 270 cm³.
Zahleneingabe #4 20s ▶ Testen

Ein Prisma hat die Grundfläche G = 12 cm² und die Höhe h = 5 cm. Berechne sein Volumen (in cm³).

✓ Antwort: 60
Zahleneingabe #5 45s ▶ Testen

Eine Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit a = 6 cm und die Höhe h = 5 cm. Berechne ihr Volumen (in cm³).

✓ Antwort: 60
Zahleneingabe #6 45s ▶ Testen

Eine Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit a = 3 cm und die Höhe h = 8 cm. Berechne ihr Volumen (in cm³).

✓ Antwort: 24
Zahleneingabe #7 45s ▶ Testen

Eine Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche von 4 cm mal 9 cm und die Höhe h = 7 cm. Berechne ihr Volumen (in cm³).

✓ Antwort: 84
Zahleneingabe #8 45s ▶ Testen

Eine Pyramide hat eine rechteckige Grundfläche von 5 cm mal 6 cm und die Höhe h = 4 cm. Berechne ihr Volumen (in cm³).

✓ Antwort: 40
Zahleneingabe #9 60s ▶ Testen

Eine Pyramide hat das Volumen V = 48 cm³ und die Grundfläche G = 16 cm². Wie hoch ist sie (in cm)?

✓ Antwort: 9
Zahleneingabe #10 60s ▶ Testen

Eine Pyramide hat das Volumen V = 60 cm³ und die Grundfläche G = 12 cm². Wie hoch ist sie (in cm)?

✓ Antwort: 15
Schwer
Zahleneingabe #1 35s ▶ Testen

Eine quadratische Pyramide hat die Grundkante a = 5 cm und die Höhe h = 5 cm; sie ist ein Drittel eines Würfels. Wie groß ist ihr Volumen (in cm³, auf 0,1 genau)?

✓ Antwort: 41.7
Würfel: 5³ = 125 cm³. Ein Drittel: 125 : 3 = 41,666… ≈ 41,7 cm³.
Zahleneingabe #2 40s ▶ Testen

Eine Pyramide hat die Grundfläche 100 cm² und die Höhe 20 cm. In welchem Abstand von der Spitze beträgt die Schnittfläche 25 cm² (in cm)?

✓ Antwort: 10
25 : 100 = ¼ = k², also k = ½. Der Abstand von der Spitze ist die Hälfte der Höhe: 10 cm.
Zahleneingabe #3 30s ▶ Testen

Die Grundfläche einer Pyramide ist ein Rechteck mit den Seiten 8 cm und 5 cm, die Körperhöhe ist 9 cm. Berechne das Volumen (in cm³).

✓ Antwort: 120
G = 8 · 5 = 40 cm², V = ⅓ · 40 · 9 = 120 cm³.
Zahleneingabe #4 60s ▶ Testen

Die Cheops-Pyramide hat eine quadratische Grundfläche mit der Kante 230 m und war ursprünglich rund 147 m hoch. Wie groß ist ihr Volumen (in m³)?

✓ Antwort: 2592100
G = 230² = 52 900 m², V = ⅓ · 52 900 · 147 = 52 900 · 49 = 2 592 100 m³.
Zahleneingabe #5 30s ▶ Testen

Eine Pyramide hat das Volumen 96 cm³ und die Grundfläche 36 cm². Wie hoch ist sie (in cm)?

✓ Antwort: 8
96 = ⅓ · 36 · h = 12 · h, also h = 96 : 12 = 8 cm.
KI-bewertete Rechnung #6 240s ▶ Testen

Eine gerade quadratische Pyramide hat die Grundkante a = 10 cm und die Seitenhöhe h_s = 13 cm. Berechne die Körperhöhe und das Volumen und vergleiche mit dem Prisma über derselben Grundfläche mit derselben Höhe. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: Skizze des rechtwinkligen Dreiecks aus h, a/2 = 5 cm und h_s = 13 cm: h² = 13² − 5² = 144, also h = 12 cm. G = 10² = 100 cm². V = ⅓ · 100 · 12 = 400 cm³. Das Prisma hat G · h = 1200 cm³; die Pyramide ist genau ein Drittel davon.
h = 12 cm, V = ⅓ · 100 · 12 = 400 cm³, ein Drittel des Prismas (1200 cm³).