Der Umkreis

Der Umkreis geht durch alle drei Eckpunkte. Sein Mittelpunkt U muss also von A, B und C gleich weit entfernt sein. Genau diese Eigenschaft haben die Punkte der Streckensymmetrale: Jeder Punkt der Symmetrale von AB ist von A und B gleich weit entfernt, jeder Punkt der Symmetrale von BC von B und C. Der Schnittpunkt der beiden ist von allen drei Ecken gleich weit entfernt - das ist U.

Umkreismittelpunkt
U ist der Schnittpunkt der drei Streckensymmetralen

Umkreisradius: Abstand von U zu einem beliebigen Eckpunkt

Umkreis konstruieren
1
Streckensymmetrale der Seite AB konstruieren
2
Streckensymmetrale der Seite BC konstruieren. Der Schnittpunkt ist U.
3
Kontrolle: Die Symmetrale von AC muss ebenfalls durch U gehen.
4
Zirkel in U einstechen, auf A aufziehen und den Kreis zeichnen. Er geht auch durch B und C.
ABC U R
Die Streckensymmetralen (gestrichelt) schneiden einander in U. Der Umkreis mit Radius R geht durch A, B und C.

Wo U liegt, hängt von der Dreiecksform ab:

DreieckLage des Umkreismittelpunkts
spitzwinkeligim Inneren
rechtwinkeliggenau in der Mitte der Hypotenuse
stumpfwinkeligaußerhalb, gegenüber dem stumpfen Winkel

Der rechtwinkelige Fall ist der Thaleskreis: Der Umkreis hat die Hypotenuse als Durchmesser. Beim Dreieck mit 6 cm, 8 cm und 10 cm ist der Umkreisradius deshalb 10 : 2 = 5 cm, ohne Konstruktion.

Eine Anwendung aus dem Alltag: Drei Gemeinden wollen einen gemeinsamen Sportplatz, der von allen drei Ortszentren gleich weit entfernt ist. Der Platz gehört in den Umkreismittelpunkt des Dreiecks aus den drei Ortszentren.

Der Inkreis

Der Inkreis berührt alle drei Seiten von innen. Sein Mittelpunkt I muss also von allen drei Seiten denselben Normalabstand haben. Das leisten die Winkelsymmetralen: Jeder Punkt der Winkelsymmetrale bei A ist von den Seiten b und c gleich weit entfernt, jeder Punkt der Symmetrale bei B von a und c. Ihr Schnittpunkt ist von allen drei Seiten gleich weit entfernt - das ist I.

Inkreismittelpunkt
I ist der Schnittpunkt der drei Winkelsymmetralen

Inkreisradius: Normalabstand von I zu einer Seite

Inkreis konstruieren
1
Winkelsymmetrale des Winkels α bei A konstruieren
2
Winkelsymmetrale des Winkels β bei B konstruieren. Der Schnittpunkt ist I.
3
Von I das Lot auf eine Seite fällen. Der Lotfußpunkt ist der Berührpunkt, die Länge des Lots der Inkreisradius r.
4
Kreis um I mit Radius r zeichnen. Er berührt alle drei Seiten.
ABC I r
Die Winkelsymmetralen (gestrichelt) schneiden einander in I. Das Lot von I auf eine Seite ist der Inkreisradius r.

Anders als der Umkreismittelpunkt liegt der Inkreismittelpunkt bei jedem Dreieck im Inneren, weil alle drei Winkelsymmetralen im Dreieck verlaufen.

Den Inkreisradius berechnen

Verbindet man I mit den drei Ecken, zerfällt das Dreieck in drei kleinere Dreiecke. Jedes hat eine Seite des großen Dreiecks als Grundlinie und den Inkreisradius r als Höhe, weil r der Normalabstand von I zu jeder Seite ist. Zusammen ergeben sie die ganze Fläche:

Fläche und Inkreisradius
\(A = \dfrac{a \cdot r}{2} + \dfrac{b \cdot r}{2} + \dfrac{c \cdot r}{2} = \dfrac{r \cdot u}{2} \qquad\Rightarrow\qquad r = \dfrac{2A}{u}\)

u = a + b + c ist der Umfang

Beispiel: rechtwinkeliges Dreieck mit a = 6 cm, b = 8 cm, c = 10 cm
1
Fläche: Die Katheten sind 6 cm und 8 cm, also \(A = \frac{6 \cdot 8}{2} = 24\) cm²
2
Umfang: \(u = 6 + 8 + 10 = 24\) cm
3
Inkreisradius: \(r = \frac{2 \cdot 24}{24} = 2\) cm. Der Umkreisradius ist die halbe Hypotenuse, 5 cm.

Sonderfall gleichseitiges Dreieck

Im gleichseitigen Dreieck sind Streckensymmetralen, Winkelsymmetralen, Schwerlinien und Höhen dieselben drei Linien. Umkreismittelpunkt, Inkreismittelpunkt und Schwerpunkt fallen in einen Punkt zusammen. Weil der Schwerpunkt jede Höhe im Verhältnis 2:1 teilt, ist der Umkreisradius doppelt so groß wie der Inkreisradius. Bei der Seitenlänge 6 cm ist die Höhe 5,20 cm, der Umkreisradius zwei Drittel davon (3,46 cm) und der Inkreisradius ein Drittel (1,73 cm).

Umkreis und Inkreis im Vergleich

UmkreisInkreis
Mittelpunkt ausStreckensymmetralenWinkelsymmetralen
Gleich weit entfernt vonden drei Eckpunktenden drei Seiten
RadiusAbstand U zu einem EckpunktNormalabstand I zu einer Seite
Lage des Mittelpunktsinnen, auf der Hypotenuse oder außenimmer innen
In DeutschlandMittelsenkrechtenWinkelhalbierende

Häufige Fehler

  • Symmetralen vertauscht: Für den Umkreis braucht man Strecken-, für den Inkreis Winkelsymmetralen. Merkhilfe: Der Umkreis geht durch die Ecken, also braucht man den gleichen Abstand zu Punkten, und das leisten die Streckensymmetralen.
  • Inkreisradius bis zur Ecke gemessen: Der Radius ist der Normalabstand zur Seite, also die Länge des Lots - nicht der Abstand von I zu A.
  • Umkreis im stumpfwinkeligen Dreieck „nicht gefunden": U liegt dort außerhalb. Die Symmetralen weit genug verlängern.
  • Mit dem Schwerpunkt verwechselt: Der Schwerpunkt kommt von den Schwerlinien, nicht von den Symmetralen.

Übungen

Aufgabe 1Leicht

Der Umkreismittelpunkt ist der Schnittpunkt der

Aufgabe 2Leicht

Was berührt der Inkreis?

Aufgabe 3Mittel

Wo liegt der Umkreismittelpunkt eines rechtwinkeligen Dreiecks?

Aufgabe 4Mittel

Ein rechtwinkeliges Dreieck hat die Hypotenuse 13 cm. Wie groß ist der Umkreisradius?

Aufgabe 5Mittel

Ein Dreieck hat die Seiten 5 cm, 12 cm und 13 cm und die Fläche 30 cm². Wie groß ist der Inkreisradius?

Aufgabe 6Schwer

Drei Gemeinden wollen einen Sportplatz, der von allen drei Ortszentren gleich weit entfernt ist. Wohin gehört er?

Aufgabe 7Schwer

Ein gleichseitiges Dreieck hat den Inkreisradius 2 cm. Wie groß ist der Umkreisradius?

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