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Regelmäßige Vielecke

Bienenwaben sind Sechsecke, Stoppschilder Achtecke, Fußbälle bestehen aus Fünf- und Sechsecken. Bei regelmäßigen Vielecken sind alle Seiten gleich lang und alle Winkel gleich groß – deshalb lässt sich fast alles an ihnen aus nur zwei Angaben berechnen.

Was heißt regelmäßig?

Ein Vieleck (n-Eck) heißt regelmäßig, wenn alle n Seiten gleich lang und alle n Innenwinkel gleich groß sind. Beides ist nötig: Eine Raute hat gleich lange Seiten, ein Rechteck gleich große Winkel – regelmäßig ist von den Vierecken nur das Quadrat. Jedes regelmäßige Vieleck hat einen Umkreis und einen Inkreis mit demselben Mittelpunkt M.

Mrρaμ
Fünfeck
Mrρaμ
Sechseck
Mrρaμ
Achteck

Die Winkel

Winkel im regelmäßigen n-Eck

\[\mu = \frac{360^\circ}{n}, \qquad \alpha = 180^\circ - \mu, \qquad \text{Innenwinkelsumme} = (n - 2) \cdot 180^\circ\]

μ ist der Mittelpunktswinkel zwischen zwei Radien zu benachbarten Ecken, α der Innenwinkel an einer Ecke.

Die Innenwinkelsumme gilt für jedes n-Eck, auch für unregelmäßige: Von einer Ecke aus lässt es sich in $n - 2$ Dreiecke zerlegen, und jedes hat die Winkelsumme 180°.

nNameμαWinkelsumme
3gleichseitiges Dreieck120°60°180°
4Quadrat90°90°360°
5Fünfeck72°108°540°
6Sechseck60°120°720°
8Achteck45°135°1080°
10Zehneck36°144°1440°
12Zwölfeck30°150°1800°

Seiten, Radien und Flächeninhalt

Verbindet man M mit zwei benachbarten Ecken, entsteht ein gleichschenkliges Bestimmungsdreieck mit den Schenkeln r (Umkreisradius), der Grundseite a und der Höhe ρ (Inkreisradius). Die Höhe halbiert den Winkel μ. Im halben Dreieck gilt deshalb:

\[a = 2r \cdot \sin\frac{180^\circ}{n}, \qquad \rho = r \cdot \cos\frac{180^\circ}{n}, \qquad u = n \cdot a, \qquad A = n \cdot \frac{1}{2} \cdot a \cdot \rho = \frac{1}{2} \cdot u \cdot \rho\]

Den Flächeninhalt kann man auch direkt aus r berechnen: $A = \frac{n}{2} \cdot r^2 \cdot \sin\mu$ – das ist die Flächenformel mit dem Sinus für n Dreiecke.

Das Sechseck – ganz ohne Trigonometrie

Beim Sechseck ist $\mu = 60^\circ$. Die sechs Bestimmungsdreiecke sind deshalb gleichseitig, und es gilt r = a. Mit der Höhe des gleichseitigen Dreiecks $\rho = \frac{a}{2}\sqrt{3}$ folgt:

\[A_{\text{Sechseck}} = 6 \cdot \frac{a^2}{4}\sqrt{3} = \frac{3\sqrt{3}}{2} \cdot a^2 \approx 2{,}598 \cdot a^2\]

Beispiel

Eine sechseckige Bodenfliese hat die Seitenlänge 10 cm. Ihr Flächeninhalt ist $\frac{3\sqrt{3}}{2} \cdot 100 \approx 259{,}8$ cm², der Umfang 60 cm, und sie passt in einen Kreis mit dem Radius 10 cm.

Konstruieren mit Zirkel und Lineal

  • Sechseck: Kreis zeichnen und den Radius sechsmal auf dem Kreis abtragen – die Punkte sind die Ecken.
  • Gleichseitiges Dreieck und Zwölfeck: Vom Sechseck jede zweite Ecke verbinden ergibt das Dreieck. Halbiert man die Bögen, erhält man das Zwölfeck.
  • Quadrat und Achteck: Zwei senkrechte Durchmesser liefern das Quadrat; die Winkelhalbierenden zwischen ihnen schneiden den Kreis in den übrigen Ecken des Achtecks.
  • Fünfeck: Es ist mit Zirkel und Lineal konstruierbar, aber aufwendiger. Praktisch trägt man den Mittelpunktswinkel 72° mit dem Geodreieck ab.

Vom Vieleck zum Kreis

Je mehr Ecken ein regelmäßiges Vieleck hat, desto mehr gleicht es seinem Umkreis. Archimedes hat so schon vor über 2000 Jahren π eingegrenzt: Der Umfang eines eingeschriebenen 96-Ecks ist etwas kleiner als der Kreisumfang $2\pi r$, der eines umbeschriebenen 96-Ecks etwas größer. Daraus folgt $3{,}1408 < \pi < 3{,}1429$. Probiere es im Rechner aus: Mit $r = 1$ und $n = 1000$ ist der Umfang schon fast genau $2\pi \approx 6{,}2832$.

Typische Fehler

  • Mittelpunktswinkel und Innenwinkel verwechselt: Beim Sechseck ist μ = 60°, der Innenwinkel aber 120°.
  • Halben Winkel vergessen: In $a = 2r \cdot \sin\frac{180^\circ}{n}$ steht der halbe Mittelpunktswinkel.
  • „Gleich lange Seiten reichen“: Eine Raute ist kein regelmäßiges Viereck.

Rechner: regelmäßiges Vieleck

Was ist gegeben?

Für alle regelmäßigen n-Ecke ab n = 3: alle Seiten gleich lang, alle Innenwinkel gleich groß. Einheiten frei wählbar (z. B. cm und cm²).

Im Lehrplan: Die Innenwinkelsumme ist meist in Klasse 7 dran. Regelmäßige Vielecke mit Umkreis, Inkreis und Flächeninhalt werden in Klasse 9 oder 10 mit Pythagoras und Trigonometrie berechnet, oft auch als Weg zur Kreiszahl π.

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Online üben

Winkel in Grad, Längen und Flächen auf zwei Nachkommastellen gerundet.

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Neue Aufgaben

Stufe 1: Winkel

  1. Aufgabe 1
    Mittelpunktswinkel des regelmäßigen \(3\text{-Ecks}\)
    °
    \(\mu = 360^\circ : 3 = 120^\circ\)
  2. Aufgabe 2
    Ein regelmäßiges Vieleck hat Innenwinkel \(140^\circ.\) Wie viele Ecken?
    Ecken
    \(n = 360^\circ : 40^\circ = 9\)
  3. Aufgabe 3
    Ein regelmäßiges Vieleck hat Innenwinkel \(165^\circ.\) Wie viele Ecken?
    Ecken
    \(n = 360^\circ : 15^\circ = 24\)
  4. Aufgabe 4
    Innenwinkel des regelmäßigen \(18\text{-Ecks}\)
    °
    \(\alpha = 180^\circ - 20^\circ = 160^\circ\)
  5. Aufgabe 5
    Mittelpunktswinkel des regelmäßigen \(12\text{-Ecks}\)
    °
    \(\mu = 360^\circ : 12 = 30^\circ\)
  6. Aufgabe 6
    Ein regelmäßiges Vieleck hat Innenwinkel \(120^\circ.\) Wie viele Ecken?
    Ecken
    \(n = 360^\circ : 60^\circ = 6\)

Tippe Deine Lösung ein und klicke auf „Prüfen“ (oder drücke Enter). Brüche als 3/4, Dezimalzahlen mit Komma, mehrere Lösungen mit ; trennen, Potenzen als x^2, Wurzeln als sqrt(5). Punkte: 10 für richtig beim ersten Versuch, 6 nach einem Fehlversuch, 5 mit Tipp, 0 wenn Du Dir vorher die Lösung anschaust. Deine Punkte und Abzeichen siehst Du unter Mein Training.

Arbeitsblatt: Regelmäßige Vielecke

Eine volle DIN-A4-Seite Aufgaben mit Lösungsblatt zum Ausdrucken – bei jedem Klick neue Aufgaben. Klasse 6–9.

Schwierigkeit

Alle ebenen Figuren im Überblick: ebene Figuren. Winkel messen und zeichnen: Winkel. Lückenlos legen: Parkette. Kreisumfang und Kreisfläche: Kreis.

Weiterlesen: Regelmäßiges Polygon bei Wikipedia

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