Serie 08

Lösung Serie 08 - WiSe 2011/12

„Interdisziplinäres Arbeiten ist das neue Schlagwort“, sagt Mathematiklehrerin Schultze-Kröttendörfer, „aber wie?“. Biologielehrer Krause, der schon „interdisziplinär“ arbeitete, als man noch „fächerübergreifend“ dazu sagte, gibt ihr einen Apfel: „In erster Näherung ist ein Apfel ein Rotationskörper. Lassen Sie die Schüler zur Rotationsachse senkrecht eine Schnittebene legen, welche den Apfel halbiert. Sie werden Erstaunliches entdecken können.“

„Oh, die Kernle bilden ä Fünfsternle“, freut sich Grundschullehrerin Sarah Plätscherbächle, die interessiert dem Gespräch gelauscht hat. „Nun ja“, räuspert sich Krause, „sagen wir ruhig Pentagramm dazu.“

„Aber zu dem Vieleck $\overline{ABCDE}$ dürfet man doch fünfseitiges Quadrat sage, oder?“, meint Sarah Plätscherbächle. „Nicht schlecht diese Idee“, antwortet Frau Schultze-Kröttendörfer, „man hat sich aber auf die Bezeichnung regelmäßiges Fünfeck geeinigt."

So präpariert geht Frau Schultze Kröttendörfer in ihren Unterricht, in dem die Schüler u.a. die folgenden Probleme lösen:

1. Fachliche Vorbetrachtung: Definieren Sie den Begriff regelmäßiges Fünfeck. Beachten Sie hierbei, dass in eine Definition nur das Nötigste bezüglich der Begriffsbestimmung aufgenommen wird.
2. Konstruktion eines regelmäßigen Fünfecks mit der Einheitsstrecke als Seitenlänge:Formulieren Sie eine Konstruktionsbeschreibung zur Generierung eines solchen Fünfecks und begründen Sie diese.
3. Die Schüler wissen bereits, dass die Längen zweier Strecken $d$ und $a$ dann im Verhältnis des goldenen Schnittes zueinander stehen, wenn $\frac{d}{a}=\frac{1+\sqrt{5}}{2}$ gilt. Eine Recherche im Internet ergibt, dass sich zwei Diagonalen des regelmäßigen Fünfecks im Verhältnis des goldenen Schnittes teilen. Maria meint: „Wenn das wahr ist, dann gilt für das regelmäßige Fünfeck auch, dass die Diagonalenlänge zur Seitenlänge im Verhältnis des goldenen Schnittes steht.“ Begründen Sie die Wahrheit von Marias Aussage. Sie können dabei auf eine Skizze Bezug nehmen.
4. Mark ist von dem Zusammenspiel des Fünfecks mit dem eingefassten Pentagramm begeistert und beginnt zu experimentieren (s. untenstehende Skizze).Offenbar hätte er das Fünfeck $\overline{A'B'C'D'E'}$ auch durch zentrische Streckung von $\overline{ABCDE}$ an $M$ konstruieren können. Bestimmen Sie den Streckfaktor dieser zentrischen Streckung. Hinweise: Sie dürfen das Verhältnis des goldenen Schnittes hinsichtlich Diagonalen- und Seitenlängen im regelmäßigen Fünfeck voraussetzen. (Die Suche nach geeigneten Strahlensatzfiguren kann bei der Lösung des Problems hilfreich sein.)
   
5. Beweisen Sie, dass für die Seitenlänge $a$ und die Diagonalenlänge $d$ eines regelmäßigen Fünfecks wirklich $d=\frac{1+\sqrt{5}}{2}a$ gilt.
6. Die Idee von Sarah Plätscherbächle mit dem fünfseitigen Quadrat ist nicht schlecht. Wie beim Quadrat ist der Flächeninhalt des regelmäßigen Fünfecks proportional zum Quadrat der Seitenlänge $a$. Formulieren und beweisen Sie einen „Satz des Pythagoras“ entsprechend der untenstehenden Skizze. Den üblichen Satz des Pythagoras dürfen Sie als bewiesen voraussetzen.