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Hemmes mathematische Rätsel: In welchem Verhältnis stehen die Flächen zueinander?

Geometrische Darstellung

Im Februar 2024 veröffentlichte Manfred Pietsch aus Kreuzau in Nordrhein-Westfalen in der Aachener Zeitung eine kleine Aufgabe über ein Blatt Papier.

Bei allen rechteckigen Papierblättern im DIN-Format stehen die kurze und die lange Seite im Verhältnis 1 : √2. Ein DIN-A4-Blatt, dessen Vorderseite blau und dessen Rückseite rot ist, wird so gefaltet, dass der Knick durch die untere linke Ecke und die obere Kante läuft und die obere linke Ecke auf die rechte Kante fällt. Das Ergebnis dieser Faltung ist ein zweifarbiges, rechtwinkliges Trapez. In welchem Verhältnis steht bei diesem Trapez die rote Fläche zur gesamten blauen Fläche?

Wir nehmen der Einfachheit halber an, dass die kurzen Seiten des DIN-A4-Blattes AB und CD die Länge 1 und die langen Seiten DA und CB die Länge √2 haben. Wird der Punkt D auf den Punkt E gefaltet, geht die Strecke AD in die Strecke AE über. AE ist daher auch √2 lang. Folglich ist die Seite BE des rechtwinkligen Dreiecks ABE nach dem Satz des Pythagoras 1 lang. Das Dreieck ist darum auch gleichschenklig, und sein Winkel α beträgt 45°. Wegen des rechten Winkels FEA des roten Dreiecks muss auch β = 45° sein. Daher ist das rechtwinklige Dreieck FEC ebenfalls gleichschenklig. Folglich gilt x = FC = EC = BC – BE = √2 – 1 und somit DF = 1 – x = 2 – √2. Die Fläche des roten Dreiecks lässt sich zu AE · EF / 2 = √2(2 – √2)/2 = √2 – 1 bestimmen. Das große blaue Dreieck hat den Inhalt 1/2 und das kleine blaue (√2 – 1)2/2 = 3/2 – √2, zusammen haben sie darum den Inhalt 2 – √2. Das Verhältnis von roter zu blauer Fläche ist damit (√2 – 1) : (2 – √2), was sich zu 1 : √2 vereinfachen lässt. Die rote Fläche steht daher zur blauen Fläche im gleichen Verhältnis wie die Seiten des DIN-Rechtecks zueinander, nämlich 1 : √2.

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