Symmetrieachse und Mittelsenkrechte

Axis of symmetry and perpendicular bisector

Mathematik Klasse 7 16 Aufgaben
GeometrieSymmetrieMittelsenkrechte

Die Symmetrieachse zu einem Punktpaar P, P′ ist die Mittelsenkrechte der Strecke PP′: Sie geht durch deren Mitte und steht senkrecht darauf. Jeder Punkt der Achse ist von P und P′ gleich weit entfernt, weil die Spiegelung Abstände erhält und die Achsenpunkte festlässt. Umgekehrt findet man die Achse aus einem einzigen Punktpaar. Räumt die Fehlbilder aus, es genüge eine Senkrechte durch irgendeinen Punkt der Strecke oder eine schräge Gerade durch die Mitte, und gleicher Abstand bedeute die Mitte der Strecke. Begründet die Konstruktion der Mittelsenkrechten und bereitet die Ortslinien vor.

Achse und Mitte

Vom Spiegelpunkt wissen wir: P und P′ haben denselben Abstand zur Achse g, und PP′ steht senkrecht auf g. Die Achse trifft die Strecke PP′ also genau in ihrer Mitte M, und zwar im rechten Winkel. Eine Gerade mit dieser Eigenschaft heißt Mittelsenkrechte der Strecke.

Beide Bedingungen gehören zusammen. Eine Senkrechte durch einen anderen Punkt der Strecke ist keine Mittelsenkrechte, und eine Gerade durch die Mitte, die schräg steht, ebenso wenig. Daher gilt: Die Symmetrieachse ist die Mittelsenkrechte von PP′. Liegen P und P′ etwa waagerecht nebeneinander, ist die Achse senkrecht und geht durch die Mitte dazwischen.

Schiebe P mit dem Regler. Wie verhalten sich die beiden Hälften PM und MP′ der Strecke?

Gleicher Abstand

Nimm irgendeinen Punkt X auf der Achse. Bei der Spiegelung bleibt X, wo er ist, und P wandert nach P′. Die Spiegelung ändert keine Längen und keine Winkel, also ist XP = XP′. Jeder Punkt der Achse ist von P und P′ gleich weit entfernt – nicht nur die Mitte M. Auch umgekehrt: Auf der Seite von P ist jeder Punkt näher an P, auf der Seite von P′ näher an P′. Gleich weit entfernt ist nur, wer auf der Achse liegt.

Laufe mit X an der Achse entlang und vergleiche die beiden Abstände.

Das hilft beim Suchen: Kennst du nur ein Punktpaar P, P′, findest du die Achse als Mittelsenkrechte von PP′. Ein zweites Paar derselben Figur dient dann nur zur Kontrolle.

Leicht
Multiple Choice #1 30s ▶ Testen

Die Punkte P und P′ sind Spiegelpunkte. Welche der Geraden g₁, g₂, g₃ ist ihre Symmetrieachse?

  • ○ g₁
  • ● g₂
  • ○ g₃
Die Achse ist die Mittelsenkrechte von PP′: Sie geht durch die Mitte und steht senkrecht auf PP′. Die anderen beiden erfüllen nur eine der beiden Bedingungen – eine steht zwar senkrecht, geht aber nicht durch die Mitte, die andere geht durch die Mitte, steht aber schräg.
Im Bild tippen #2 15s ▶ Testen

Tippe auf die Mittelsenkrechte der Strecke PP′.

✓ Antwort: g3
Gesucht ist die Gerade, die durch die Mitte von PP′ geht und senkrecht auf PP′ steht. Die Gerade durch einen anderen Punkt der Strecke halbiert sie nicht, die schräge Gerade steht nicht senkrecht.
Wahr / Falsch #3 15s ▶ Testen

P(0|2) und P′(8|6) sind Spiegelpunkte bezüglich einer Achse. Die Achse geht durch den Punkt (4|2).

✓ Falsch
Die Achse geht durch die Mitte von PP′: ((0 + 8)/2 | (2 + 6)/2) = (4|4). Der Punkt (4|2) hat zwar dieselbe x-Koordinate, liegt aber nicht auf der Achse.
Multiple Choice #4 30s ▶ Testen

Die Gerade g ist die Symmetrieachse zu P und P′. Welcher der Punkte X₁, X₂, X₃ ist von P und von P′ gleich weit entfernt?

  • ○ X₁
  • ● X₂
  • ○ X₃
Jeder Punkt der Achse ist von P und P′ gleich weit entfernt. Nur X₂ liegt auf g; X₁ liegt näher an P, X₃ näher an P′.
Wahr / Falsch #5 15s ▶ Testen

Der Punkt X liegt auf der Mittelsenkrechten von PP′ und ist 5 cm von P entfernt. Dann ist X auch 5 cm von P′ entfernt.

✓ Wahr
Jeder Punkt der Mittelsenkrechten ist von P und P′ gleich weit entfernt: XP′ = XP = 5 cm.
Wahr / Falsch #6 15s ▶ Testen

Ein Punkt X ist von P und von P′ je 5 cm entfernt, und es ist PP′ = 6 cm. Dann liegt X genau in der Mitte der Strecke PP′.

✓ Falsch
In der Mitte wäre XP nur 3 cm. X liegt zwar auf der Mittelsenkrechten (gleiche Abstände), aber neben der Mitte – es gibt viele solche Punkte.
Multiple Choice #7 20s ▶ Testen

P(1|2) und P′(7|2) sind Spiegelpunkte. Welche Gerade ist die Symmetrieachse?

  • ● x = 4
  • ○ y = 2
  • ○ x = 7
Die Achse ist die Mittelsenkrechte von PP′. PP′ ist waagerecht, die Mitte ist (4|2), also ist die Achse die senkrechte Gerade x = 4. y = 2 ist die Gerade durch P und P′ selbst, x = 7 geht nur durch P′.
Multiple Choice #8 35s ▶ Testen

P(1|5) und P′(5|1) sind Spiegelpunkte. Welche Gerade ist die Symmetrieachse?

  • ● Gerade durch (0|0) und (3|3)
  • ○ Gerade durch P und P′
  • ○ waagerechte Gerade durch (3|3)
Die Mitte von PP′ ist (3|3). Die Achse steht senkrecht auf PP′ (die von links oben nach rechts unten läuft), muss also von links unten nach rechts oben laufen – das leistet die Gerade durch (0|0) und (3|3). Die Gerade durch P und P′ ist PP′ selbst, die waagerechte Gerade steht nicht senkrecht auf PP′.
Wahr / Falsch #9 15s ▶ Testen

Von einer Figur kennst du nur das Punktpaar P(2|3) und P′(8|3). Damit ist die Achse die senkrechte Gerade x = 5.

✓ Wahr
Die Achse ist die Mittelsenkrechte von PP′. PP′ ist waagerecht, die Mitte ist (5|3), also ist die Achse x = 5.
Mittel
Zahleneingabe #1 25s ▶ Testen

P(1|4) und P′(5|2) sind Spiegelpunkte. Die Achse geht durch die Mitte M von PP′. Welche y-Koordinate hat M?

✓ Antwort: 3
M = ((1 + 5)/2 | (4 + 2)/2) = (3|3), also y = 3.
Zahleneingabe #2 25s ▶ Testen

X liegt auf der Symmetrieachse von P und P′ und ist 7 cm von P entfernt. Wie weit ist X von P′ entfernt (in cm)?

✓ Antwort: 7
X liegt auf der Achse, ist also von P und P′ gleich weit entfernt: 7 cm.
Zahleneingabe #3 25s ▶ Testen

P(−1|4) und P′(9|4) sind Spiegelpunkte an einer senkrechten Achse x = a. Welche Zahl ist a?

✓ Antwort: 4
a ist die x-Koordinate der Mitte: (−1 + 9)/2 = 4.
Schwer
Zahleneingabe #1 25s ▶ Testen

Die Achse g ist die Mittelsenkrechte von PP′ und schneidet PP′ im Punkt M. Es ist PP′ = 9 cm. Wie lang ist PM (in cm)?

✓ Antwort: 4.5
M ist die Mitte von PP′, also PM = 9 cm : 2 = 4,5 cm.
Zahleneingabe #2 30s ▶ Testen

X liegt auf der Mittelsenkrechten von PP′. Es ist XP = 6 cm und PP′ = 4 cm. Wie groß ist der Umfang des Dreiecks XPP′ (in cm)?

✓ Antwort: 16
Wegen XP′ = XP = 6 cm ist der Umfang 6 + 6 + 4 = 16 cm.
Zahleneingabe #3 30s ▶ Testen

P(2|7) und P′(2|1) sind Spiegelpunkte an einer waagerechten Achse y = b. Welche Zahl ist b?

✓ Antwort: 4
PP′ ist senkrecht, die Achse also waagerecht durch die Mitte (2|4): b = (7 + 1)/2 = 4. Kontrolle: P und P′ haben von y = 4 je den Abstand 3.
KI-bewertete Rechnung #4 240s ▶ Testen

Die Punkte P(1|1) und P′(7|5) sind Spiegelpunkte an einer Achse g. Zeichne sie in ein Koordinatensystem (1 Einheit = 1 cm), bestimme die Mitte M von PP′ und zeichne die Achse g. Wähle einen Punkt X auf g, miss XP und XP′ und beschreibe, was du feststellst. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: M = ((1 + 7)/2 | (1 + 5)/2) = (4|3). Die Achse ist die Mittelsenkrechte von PP′: die Gerade durch M, die senkrecht auf PP′ steht (PP′ läuft um 6 nach rechts und 4 nach oben, die Achse also um 2 nach rechts und 3 nach unten, z. B. durch X(6|0)). Messung: XP ≈ 5,1 cm und XP′ ≈ 5,1 cm – gleich lang, weil jeder Punkt der Achse von P und P′ gleich weit entfernt ist.
Die Achse ist die Mittelsenkrechte von PP′. Zum Beispiel liegt X(6|0) auf ihr: XP = √26 ≈ 5,1 cm und XP′ = √26 ≈ 5,1 cm.