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Im Alltag triffst Du oft auf Objekte, die die Form eines Quaders haben. Dazu gehören zum Beispiel Pakete oder Dein Kleiderschrank. Was die mathematische Definition eines Quaders ist und wie Du sein Volumen sowie den Oberflächeninhalt berechnen kannst, erfährst Du in diesem Artikel.
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Team Quader Lehrer
Der Quader ist ein geometrischer, dreidimensionaler Körper mit 6 rechteckigen Flächen, 8 rechtwinkligen Ecken und 12 Kanten, von denen jeweils 4 immer gleich lang sind. Die gegenüberliegenden Flächen im Quader sind immer gleich groß und parallel zueinander.
Abb. 1 - Quader.
Würfel sind ein Spezialfall von Quadern. Bei ihnen sind alle Seiten alle gleich lang, wodurch sich die Formel zur Berechnung des Volumens und des Oberflächeninhalts vereinfacht.
Für das Volumen V eines Würfels gilt:
\[V=a\cdot a\cdot a=a^3\]
Da alle Seiten gleich lang sind, müssen nicht alle Seiten einzeln multipliziert werden. Stattdessen kann eine Seitenlänge einfach dreimal mit sich selbst multipliziert werden.
Abb. 2 - Würfel.
Da alle Seiten gleich lang sind, sind auch alle Flächen gleich groß. Ein Quader besteht aus 6 Rechtecken, deshalb wird der Flächeninhalt des Quadrats versechsfacht, um den Oberflächeninhalt eines Würfels zu erhalten.
Für den Oberflächeninhalt O eines Würfels gilt:
\[O=6\cdot a\cdot a = 6a^2\]
Um mehr zum Thema "Würfel" zu erfahren, lies Dir unseren Artikel dazu durch.
Das Netz eines Quaders besteht aus drei Paaren von rechteckigen Flächen, die sich zu einem Rechteck verbinden lassen. Jedes Paar von Flächen teilt eine gemeinsame Kante. Das Netz kann auf verschiedene Arten dargestellt werden, je nachdem welche Seitenflächen des Quaders als Grundfläche gewählt und wie die restlichen Flächen angeordnet werden.
Mithilfe dieses Netzes kannst Du die Rechtecke erkennen, aus denen ein Quader besteht. Ein Quader besteht aus folgenden 6 Rechtecken:
Gegenüberliegende Seiten sind dabei immer gleich groß.
Abb. 3 - Körpernetz eines Quaders
Das Netz eines Körpers hilft Dir dabei, Dir besser vorstellen zu können, wie der Oberflächeninhalt eines Körpers berechnet werden kann. Insgesamt gibt es 45 verschiedene Netze für Quader, also 45 verschiedene Wege, einen Quader aufzuschneiden und auszurollen.
Um ein Schrägbild eines Quaders zu zeichnen, müssen zuerst die drei Dimensionen des Quaders aufgezeichnet werden. Dann wird der Quader in die gewünschte Position gebracht, indem die Kanten und Flächen entsprechend gedreht werden.
| Zeichnung | Anleitung |
| Als Erstes kannst Du ein Rechteck, also noch zwei-dimensional, mit der entsprechenden Höhe c und Breite a zeichnen. |
| Anschließend zeichnest Du eine weitere Linie mit der Länge b in einem 45° Winkel an die untere rechte Ecke.Tipp: Wenn Du in Deinem Schulheft zeichnest, kannst Du einfach die Ecken der Kästchen verbinden. So erhältst Du immer einen 45° Winkel. Wenn Du eine Linie schräg zeichnest, dann halbiert sich ihre Länge. |
| Im nächsten Schritt kannst Du am Ende dieser schrägen Linie das Rechteck aus dem ersten Schritt noch einmal zeichnen. Dabei ist das Ende dieser Linie auch die untere rechte Ecke des Rechtecks. Um die Räumlichkeit der Figur anzuzeigen, kannst Du die verdeckten Teile des Quaders mit gestrichelten Linien zeichnen. |
| Zum Schluss musst Du noch die Ecken des zweiten Rechtecks mit den entsprechenden Ecken des ersten Rechtecks verbinden. |
Die Formel zur Berechnung des Volumens eines Quaders setzt sich zusammen aus dem Produkt der Länge, Breite und Höhe des Körpers.
\(\definecolor{bl}{RGB}{20, 120, 200}\definecolor{gr}{RGB}{0, 220, 180}\definecolor{r}{RGB}{250, 50, 115}\definecolor{li}{RGB}{131, 99, 226}\definecolor{ge}{RGB}{255, 205, 0}\)Die Formel zur Berechnung des Volumens V eines Quaders lautet:
\[V={\color{bl}a}\cdot {\color{r}b}\cdot {\color{gr}c}\]
Dabei stet V für das Volumen, während a die Breite, b die Länge und c die Höhe des Quaders angeben. Das Ergebnis dieser Rechnung wird in m³ angegeben.
Abb. 8 - Volumen eines Quaders.
Um mehr zum Thema Volumen eines Quaders zu erfahren, lies Dir unseren Artikel dazu durch. Dort findest Du weitere Informationen und Anwendungsbeispiele.
Wenn man einen Quader in seine Einzelteile zerlegt, erhält man unter anderem seine Oberfläche.
Die Oberfläche eines Quaders setzt sich aus den vier seitlichen Rechtecken zusammen und wird in Formeln mit dem Großbuchstaben M abgekürzt. Die Deck- und Grundfläche D und G ergeben zusammen mit der Mantelfläche M den Oberflächeninhalt O.
In einer Abbildung sieht die Oberfläche so aus:
Abb. 9 - Oberfläche eines Quaders.
Für die Oberfläche O eines Quaders gilt:
\[O=2\cdot(a\cdot b + a\cdot c + b\cdot c)\]
Um Beispielaufgaben zur Mantelfläche zu berechnen, lies Dir unseren Artikel zum Thema Oberflächeninhalt eines Quaders durch.
Zur Übersicht sind in der folgenden Tabelle alle Formeln zur Berechnung eines Quaders zusammengefasst. In der Abbildung findest Du nochmal alle Seiten und Diagonalen eines Quaders.
Abb. 10 - Beschrifteter Quader.
| Parameter | Formel |
| Grundfläche G/Deckfläche D | \[G\text{ bzw. }D=a\cdot b\] |
| Vorderseite V/Rückseite R | \[V\text{ bzw. }R=a\cdot c\] |
| Seitenflächen | \[S=b\cdot c\] |
| Mantelfläche M | \[M=2ac+2bc\] |
| Oberflächeninhalt O | \[O=2ab+2ac+2bc\] |
| Volumen V | \[V=a\cdot b\cdot c\] |
| Raumdiagonale e | \[e=\sqrt{a^2+b^2+c^2}\] |
| Flächendiagonale \(d_{ab}\) | \[d_{ab}=\sqrt{a^2+b^2}\] |
| Flächendiagonale \(d_{bc}\) | \[d_{bc}=\sqrt{b^2+c^2}\] |
| Flächendiagonale \(d_{ac}\) | \[d_{ac}=\sqrt{a^2+c^2}\] |
Berechnung der Flächen- und Raumdiagonalen
Um die Diagonalen im Quader berechnen zu können, wird der Satz des Pythagoras benötigt.
Eine Raumdiagonale beginnt an einer beliebigen Ecke der Grundfläche und endet an der am weitesten entfernten Ecke der Deckfläche. Alle Raumdiagonalen haben die gleiche Länge, da die Seitenkanten alle senkrecht stehen und somit jeder Punkt der Grundfläche den gleichen Abstand zur Deckfläche hat.
Es gibt 4 Raumdiagonalen, die alle mit e bezeichnet werden.
Abb. 11 - Raum und Flächendiagonale.
Wenn Du eine der vier Raumdiagonalen in einen Quader einzeichnest, bildet die Raumdiagonale e mit der Höhe c und der Flächendiagonalen d der Grundfläche ein rechtwinkliges Dreieck. Bei rechtwinkligen Dreiecken kann immer der Satz des Pythagoras angewendet werden. Es gilt also:
\[e^2=c^2+d^2\]
Zur Erinnerung: Beim Satz des Pythagoras gilt:
(Hypotenuse)² = (Kathete 1)² + (Kathete 2)²
Diese Gleichung kannst Du jetzt so umstellen, dass die Raumdiagonale nicht quadriert und alleine auf einer Seite der Gleichung steht.
\begin{align} e^2&=c^2+d^2\\e &= \sqrt{c^2+d^2}\end{align}
Um eine solche Aufgabe dann letztendlich berechnen zu können, musst die Höhe c gegeben oder berechnet sein, sowie und die Flächendiagonale d.
Eine Flächendiagonale beginnt in einer beliebigen Ecke und endet an der am weitesten entfernten Ecke beziehungsweise der gegenüberliegenden Ecke derselben Fläche. Da nicht alle Flächen gleich groß sind, sind auch nicht alle Flächendiagonalen, bis auf die gegenüberliegenden, gleich lang. Es gibt drei unterschiedliche Flächendiagonalen, die mit d bezeichnet werden.
Um die Länge einer Flächendiagonalen zu berechnen, kannst Du sie erst einmal in einen Quader einzeichnen. In diesem Fall nehmen wir die Flächendiagonale der Grundfläche.
Abb. 12 - Flächendiagonale d.
Auch hier entsteht ein rechtwinkliges Dreieck zwischen der Flächendiagonale d, der Seite b und der Seite a. Aufgrund der Rechtwinkligkeit des Dreiecks kann auch hier der Satz des Pythagoras angewendet werden.
\[d^2=a^2+b^2\]
Nun muss die Gleichung noch nach d aufgelöst werden, damit Du die Flächendiagonale berechnen kannst.
\begin{align}d^2=a^2+b^2\\d=\sqrt{a^2+b^2}\end{align}
Je nachdem, auf welcher Fläche die Flächendiagonale liegt, gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Gleichung zur Berechnung der Flächendiagonale.
Formeln zur Berechnung der Flächendiagonalen d:
\begin{align} d_{ab}&=\sqrt{a^2+b^2}\\d_{ac}&=\sqrt{a^2+c^2}\\d_{bc}&=\sqrt{b^2+c^2}\end{align}
Die passende Gleichung für die Flächendiagonale d kannst Du in die Gleichung für die Raumdiagonale e einsetzten. In diesem Fall passt die erste Gleichung von d.
Formel zur Berechnung der Raumdiagonalen e:
\[e=\sqrt{a^2+b^2+c^2}\]
Es macht also keinen Unterschied, welche der Raumdiagonalen und damit auch Flächendiagonalen Du verwendest, da die Raumdiagonalen alle gleich lang sind. Das Ergebnis bleibt immer das Gleiche.
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Ist ein Würfel auch ein Quader?
Jeder Würfel ist ein Quader, aber nicht jeder Quader ist ein Würfel. Ein Würfel ist ein Spezialfall des Quaders, bei dem alle Seiten die gleiche Länge haben.
Wann ist ein Körper ein Quader?
Ein Körper ist ein Quader, wenn er 6 rechteckige Flächen, 8 rechtwinklige Ecken und 12 Kanten hat. Die gegenüberliegenden Flächen müssen dabei gleich groß und parallel sein.
Wie viele Netze hat ein Quader?
Es gibt 45 verschiedene Netze für einen Quader.
Wie nennt man die Seitenflächen eines Quaders?
Die Seitenflächen eines Quaders werden einfach Seitenflächen genannt. In diesem Artikel werden sie mit S1 und S2 bezeichnet.
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Lily Hulatt ist Digital Content Specialist mit über drei Jahren Erfahrung in Content-Strategie und Curriculum-Design. Sie hat 2022 ihren Doktortitel in Englischer Literatur an der Durham University erhalten, dort auch im Fachbereich Englische Studien unterrichtet und an verschiedenen Veröffentlichungen mitgewirkt. Lily ist Expertin für Englische Literatur, Englische Sprache, Geschichte und Philosophie.
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Gabriel Freitas ist AI Engineer mit solider Erfahrung in Softwareentwicklung, maschinellen Lernalgorithmen und generativer KI, einschließlich Anwendungen großer Sprachmodelle (LLMs). Er hat Elektrotechnik an der Universität von São Paulo studiert und macht aktuell seinen MSc in Computertechnik an der Universität von Campinas mit Schwerpunkt auf maschinellem Lernen. Gabriel hat einen starken Hintergrund in Software-Engineering und hat an Projekten zu Computer Vision, Embedded AI und LLM-Anwendungen gearbeitet.
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