Achsensymmetrie und Spiegelpunkt

Line symmetry and the image point

Mathematik Klasse 7 17 Aufgaben
GeometrieSymmetrieSpiegelung

Die Achsenspiegelung legt zu jedem Punkt P genau einen Spiegelpunkt P′ fest: gleicher Abstand von der Achse, andere Seite, und die Strecke PP′ steht senkrecht auf der Achse. Daraus folgt, was eine achsensymmetrische Figur ist (die Spiegelung bildet sie auf sich selbst ab) und dass die Achse in jede Richtung zeigen darf. Räumt drei Fehlbilder aus: P′ „auf gleicher Höhe“ bei schräger Achse, den doppelt gezählten Abstand und die Diagonale des Parallelogramms als Achse. Bereitet die Begründung der Achse als Mittelsenkrechte und das Ordnen der Vierecke vor.

Der Spiegelpunkt

Ein Schmetterling, ein Kirchenfenster, ein Ornament: Beide Hälften sind Spiegelbilder, und die Faltlinie dazwischen ist die Symmetrieachse g. Jeder Punkt P hat auf der anderen Seite seinen Spiegelpunkt P′, auch Bildpunkt genannt.

Zwei Regeln legen P′ fest. Erstens hat P′ von der Achse denselben Abstand wie P, nur auf der anderen Seite. Zweitens steht die Strecke PP′ senkrecht auf der Achse. Der Abstand wird also immer senkrecht zur Achse gemessen, in welche Richtung die Achse auch zeigt. Ein Punkt auf der Achse bleibt, wo er ist. So zeichnest du einen Spiegelpunkt: Fälle vom Punkt aus das Lot auf die Achse und trage denselben Abstand auf der anderen Seite noch einmal ab.

Verändere den Abstand mit dem Regler und vergleiche die beiden Abstände in den Kästchen.

Achsensymmetrische Figuren

Eine Figur ist achsensymmetrisch, wenn die Spiegelung an einer Achse sie auf sich selbst abbildet: Jeder Punkt der Figur hat seinen Spiegelpunkt wieder in der Figur. Beim Falten decken sich dann die beiden Hälften, und die Faltlinie ist die Achse, auch wenn sie schräg liegt. Ein gleichseitiges Dreieck hat drei solche Achsen, ein Quadrat vier. Ein allgemeines Parallelogramm sieht ausgewogen aus, deckt sich aber bei keiner Spiegelung mit sich selbst.

Die Achse muss nicht senkrecht oder waagerecht sein. Beim Rechteck im Bild passt das Spiegelbild (rot) nur bei genau zwei Richtungen der Achse auf das Original (gelb); bei jeder anderen Richtung entsteht ein gedrehtes Rechteck.

Drehe die Achse mit dem Regler. Bei welchen Winkeln deckt sich das rote Rechteck mit dem gelben?
Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Der Punkt P liegt 3 cm links von der Achse g (senkrecht gemessen). Wo liegt sein Spiegelpunkt P′?

  • ● 3 cm rechts von g
  • ○ 3 cm links von g
  • ○ 6 cm rechts von g
P′ hat denselben Abstand zur Achse wie P, aber auf der anderen Seite: 3 cm rechts von g. „3 cm links“ wäre P selbst; 6 cm ist der Abstand zwischen P und P′, nicht der zur Achse.
Wahr / Falsch #2 15s ▶ Testen

Liegt ein Punkt P auf der Symmetrieachse g, so ist sein Spiegelpunkt P′ derselbe Punkt wie P.

✓ Wahr
Der Abstand von P zur Achse ist 0, also hat auch P′ den Abstand 0 – beide fallen zusammen.
Multiple Choice #3 20s ▶ Testen

Der Punkt P(3|2) wird an der y-Achse gespiegelt. Welche Koordinaten hat P′?

  • ● (−3|2)
  • ○ (3|−2)
  • ○ (−3|−2)
P liegt 3 Einheiten rechts der y-Achse, also liegt P′ 3 Einheiten links; die Höhe bleibt 2: P′(−3|2). (3|−2) entstünde bei Spiegelung an der x-Achse, (−3|−2) bei beiden.
Multiple Choice #4 30s ▶ Testen

Die Gerade g ist die Symmetrieachse. Welcher der Punkte Q₁, Q₂, Q₃ ist der Spiegelpunkt von P?

  • ○ Q₁
  • ● Q₂
  • ○ Q₃
Der Spiegelpunkt liegt auf dem Lot von P auf g, auf der anderen Seite im gleichen Abstand. Q₁ liegt auf gleicher Höhe wie P (so spiegelt man nur an einer senkrechten Achse), Q₃ hat zwar den richtigen Abstand, ist aber entlang der Achse verschoben – PQ₃ steht nicht senkrecht auf g.
Wahr / Falsch #5 15s ▶ Testen

Liegt P nicht auf der Achse, so steht die Strecke PP′ senkrecht auf der Symmetrieachse.

✓ Wahr
PP′ ist das gemeinsame Lot: Der Abstand zur Achse wird senkrecht gemessen, und P′ liegt auf der Verlängerung dieses Lots.
Wahr / Falsch #6 15s ▶ Testen

Wird ein Punkt P an einer schrägen Achse gespiegelt, liegt P′ auf gleicher Höhe wie P.

✓ Falsch
Nur bei einer senkrechten Achse. Bei einer schrägen Achse steht PP′ senkrecht zur Achse und damit selbst schräg – P′ liegt höher oder tiefer als P.
Multiple Choice #7 25s ▶ Testen

Welche dieser Figuren ist achsensymmetrisch?

  • ● Rechteck mit den Seiten 4 cm und 2 cm
  • ○ Parallelogramm mit den Seiten 4 cm und 2 cm (Winkel 60° und 120°)
  • ○ Dreieck mit den Seiten 3 cm, 4 cm und 5 cm
Das Rechteck hat zwei Achsen (die Mittellinien). Das Parallelogramm sieht ausgewogen aus, deckt sich aber bei keiner Spiegelung mit sich selbst; auch das Dreieck mit drei verschieden langen Seiten hat keine Achse.
Im Bild tippen #8 15s ▶ Testen

Tippe auf die Symmetrieachse des Drachens ABCD.

✓ Antwort: AC
Im Drachen ABCD sind AB = AD und CB = CD. Die Diagonale AC spiegelt B auf D – sie ist die Achse. Die andere Diagonale BD ist keine Achse: Bei Spiegelung an BD würde A nicht auf C fallen, denn A und C haben verschiedene Abstände zu BD.
Wahr / Falsch #9 15s ▶ Testen

Das Parallelogramm ABCD (kein Rechteck, keine Raute) hat keine Symmetrieachse.

✓ Wahr
Auch die Diagonalen taugen nicht: Bei Spiegelung an AC fiele B nicht auf D, weil AB ≠ AD ist. „Zwei gleiche Hälften“ genügt nicht – die Hälften müssen sich beim Spiegeln decken.
Wahr / Falsch #10 15s ▶ Testen

Die Symmetrieachse einer achsensymmetrischen Figur ist immer senkrecht oder waagerecht.

✓ Falsch
Die Achse darf in jede Richtung zeigen – zum Beispiel liegt die Achse eines gedrehten Drachens schräg.
Mittel
Zahleneingabe #1 25s ▶ Testen

Der Punkt B(5|3) wird an der x-Achse gespiegelt. Welche y-Koordinate hat B′?

✓ Antwort: -3
B liegt 3 Einheiten über der x-Achse, also liegt B′ 3 Einheiten darunter: y = −3. Die x-Koordinate bleibt 5.
Zahleneingabe #2 25s ▶ Testen

Die Strecke PP′ schneidet die Symmetrieachse g im Punkt F. Wie groß ist der Winkel zwischen PP′ und g (in Grad)?

✓ Antwort: 90
PP′ steht senkrecht auf der Achse, der Winkel ist ein rechter: 90°.
Zahleneingabe #3 25s ▶ Testen

Wie viele Symmetrieachsen hat ein gleichseitiges Dreieck?

✓ Antwort: 3
Jede Höhe ist zugleich Achse: eine durch jede Ecke und die Mitte der gegenüberliegenden Seite – zusammen drei.
Schwer
Zahleneingabe #1 35s ▶ Testen

Der Punkt A(−4|1) wird an der senkrechten Geraden x = 1 gespiegelt. Welche x-Koordinate hat A′?

✓ Antwort: 6
A hat von der Geraden x = 1 den Abstand 1 − (−4) = 5. A′ liegt 5 Einheiten rechts von ihr: x = 1 + 5 = 6. (Wer an der y-Achse spiegelt, erhält 4.)
Zahleneingabe #2 45s ▶ Testen

Der Punkt P(2|5) wird an der Geraden g durch (0|0) und (1|1) gespiegelt. Welche y-Koordinate hat P′?

✓ Antwort: 2
Das Lot von P(2|5) auf g trifft g im Punkt F(3,5|3,5): Von P nach F sind es +1,5 nach rechts und −1,5 nach unten. Dieselbe Verschiebung noch einmal ergibt P′(5|2), also y = 2.
Zahleneingabe #3 25s ▶ Testen

Wie viele der Blockbuchstaben A, F, H, N, T, Z sind achsensymmetrisch?

✓ Antwort: 3
A, H und T haben eine Achse (A und T senkrecht, H sogar zwei). F hat keine; N und Z sind nur „punktsymmetrisch“, also beim Drehen, nicht beim Falten gleich. Zusammen: 3.
KI-bewertete Rechnung #4 240s ▶ Testen

Zeichne ein Koordinatensystem (1 Einheit = 1 cm) mit den Punkten A(1|1), B(4|1), C(2|3) und der Geraden g durch (0|0) und (4|4). Konstruiere die Spiegelpunkte A′, B′ und C′ an g und gib ihre Koordinaten an. Erkläre an einem Punkt, wie du den gleichen Abstand und den rechten Winkel benutzt hast. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: A liegt auf g, also A′ = A(1|1). Für B(4|1): das Lot von B auf g trifft g in F(2,5|2,5); B′ liegt auf der anderen Seite im gleichen Abstand, B′ = 2·F − B = (5 − 4|5 − 1) = (1|4). Für C(2|3): gleicher Fußpunkt F(2,5|2,5), C′ = (5 − 2|5 − 3) = (3|2). Kontrolle: BB′ und CC′ stehen senkrecht auf g, AB = A′B′.
Die Gerade g durch (0|0) und (4|4) ist die Winkelhalbierende des ersten Quadranten: Spiegeln vertauscht x und y. Der Weg über Lot und gleichen Abstand zeigt, warum: B(4|1) → F(2,5|2,5) → B′(1|4).