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Realschule 9 · Mathematik
Wurzeln, Potenzen und Beweise: Ergänzungen für Klasse 9 · Wurzeln und Näherungsverfahren

Kubikwurzeln

Ein würfelförmiger Wassertank soll genau $8\,\text{m}^3$ Wasser fassen. Wie lang muss eine Kante sein? Bei einem Quadrat mit gegebener Fläche hilft die Quadratwurzel. Bei einem Würfel mit gegebenem Volumen brauchst du etwas Neues: die Kubikwurzel.

Was ist eine Kubikwurzel?

Das Volumen eines Würfels mit der Kantenlänge $a$ ist $V = a \cdot a \cdot a = a^3$. Gesucht ist hier die Umkehrung: Aus dem Volumen $V$ soll die Kantenlänge $a$ bestimmt werden.

Würfel mit Kantenlänge 2 cm und Volumen 8 Kubikzentimeter, daneben der Pfeil vom Potenzieren und vom Wurzelziehen Kante a = 2 cm Potenzieren: 2³ = 8 Wurzelziehen: ∛8 = 2 Volumen V = 8 cm³

Du solltest die ersten Kubikzahlen im Kopf haben:

$x$ 1 2 3 4 5 6 10
$x^3$ 1 8 27 64 125 216 1.000

Daraus folgen sofort $\sqrt[3]{27}=3$, $\sqrt[3]{125}=5$ und $\sqrt[3]{1000}=10$.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Berechne ohne Taschenrechner: a) $\sqrt[3]{8}$ b) $\sqrt[3]{27}$ c) $\sqrt[3]{125}$ d) $\sqrt[3]{1000}$

Berechne ohne Taschenrechner:

  1. a) $\sqrt[3]{8}$
  1. b) $\sqrt[3]{27}$
  1. c) $\sqrt[3]{125}$
  1. d) $\sqrt[3]{1000}$
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Üben★☆☆Nicht begonnen
Ein Würfel hat das Volumen $64 \text{ cm}^3$. a) Berechne die Kantenlänge des Würfels. b) Berechne die Oberfläche des Würfels.

Ein Würfel hat das Volumen $64 \text{ cm}^3$.

  1. a) Berechne die Kantenlänge des Würfels.
  1. b) Berechne die Oberfläche des Würfels.
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Gleichungen der Form $x^3 = a$

Die Gleichung $x^3=a$ löst du durch Ziehen der dritten Wurzel. Im Gegensatz zu $x^2=a$ gibt es dabei genau eine Lösung, denn jede reelle Zahl hat genau eine dritte Wurzel.

Bei negativen Zahlen unterscheiden sich die Wurzeln:

Quadratwurzel Kubikwurzel
Radikand positiv $\sqrt{4}=2$ $\sqrt[3]{8}=2$
Radikand negativ $\sqrt{-4}$ nicht definiert $\sqrt[3]{-8}=-2$
Gleichung $x^n=a$, $a>0$ zwei Lösungen $\pm\sqrt a$ eine Lösung $\sqrt[3]{a}$

Warum? Ein Quadrat ist nie negativ ($(-2)^2=4$ und $2^2=4$). Aber ein negativer Faktor, dreimal multipliziert, bleibt negativ: $(-2)^3=-8$.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Löse die Gleichungen: a) $x^3 = 343$ b) $x^3 = 0{,}001$ c) $x^3 = \frac{1}{8}$

Löse die Gleichungen:

  1. a) $x^3 = 343$
  1. b) $x^3 = 0{,}001$
  1. c) $x^3 = \frac{1}{8}$
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Üben★★★Nicht begonnen
Lena behauptet: „$\sqrt[3]{-8} = -2$, aber $\sqrt{-4}$ gibt es nicht. Deshalb kann man aus negativen Zahlen manchmal die dritte, aber nie die zweite Wurzel ziehen.“ a)…

Lena behauptet: „$\sqrt[3]{-8} = -2$, aber $\sqrt{-4}$ gibt es nicht. Deshalb kann man aus negativen Zahlen manchmal die dritte, aber nie die zweite Wurzel ziehen.“

  1. a) Überprüfe die Aussage $\sqrt[3]{-8} = -2$ durch eine Probe.
  1. b) Begründe, warum es keine reelle Zahl $x$ mit $x^2 = -4$ gibt.
  1. c) Löse $x^3 = -125$ und $x^3 + 27 = 0$.
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Nicht glatte Kubikwurzeln und Anwendungen

Nicht jede Zahl ist eine Kubikzahl. Dann liegt die Wurzel zwischen zwei ganzen Zahlen. Beispiel: $\sqrt[3]{50}$. Wegen $3^3=27$ und $4^3=64$ gilt $3<\sqrt[3]{50}<4$. Den genauen Wert liefert der Taschenrechner (Taste $\sqrt[3]{\ }$): $\sqrt[3]{50}\approx3{,}68$.

Hilfreich ist die Beziehung zur Kugel: Aus $V=\tfrac43\pi r^3$ folgt $r=\sqrt[3]{\dfrac{3V}{4\pi}}$.

Üben★★☆Nicht begonnen
Ein würfelförmiger Wassertank in Münster fasst $2{,}197 \text{ m}^3$ Wasser. a) Berechne die Kantenlänge des Tanks in Metern. b) Wie viele Liter Wasser passen in den…

Ein würfelförmiger Wassertank in Münster fasst $2{,}197 \text{ m}^3$ Wasser.

  1. a) Berechne die Kantenlänge des Tanks in Metern.
  1. b) Wie viele Liter Wasser passen in den Tank?
  1. c) Der Tank soll innen gestrichen werden (Boden und vier Seitenwände). Berechne die Fläche.
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Üben★★☆Nicht begonnen
Ein Würfel aus Eisen hat die Masse $7{,}8 \text{ kg}$. Die Dichte von Eisen beträgt $7{,}8 \text{ g/cm}^3$. a) Berechne das Volumen des Würfels in $\text{cm}^3$. b)…

Ein Würfel aus Eisen hat die Masse $7{,}8 \text{ kg}$. Die Dichte von Eisen beträgt $7{,}8 \text{ g/cm}^3$.

  1. a) Berechne das Volumen des Würfels in $\text{cm}^3$.
  1. b) Berechne die Kantenlänge des Würfels.
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Üben★★☆Nicht begonnen
Aus einem Metallwürfel mit der Kantenlänge $6 \text{ cm}$ und einem Würfel mit der Kantenlänge $8 \text{ cm}$ wird durch Einschmelzen ein neuer, größerer Würfel…

Aus einem Metallwürfel mit der Kantenlänge $6 \text{ cm}$ und einem Würfel mit der Kantenlänge $8 \text{ cm}$ wird durch Einschmelzen ein neuer, größerer Würfel gegossen.

  1. a) Berechne das Gesamtvolumen.
  1. b) Berechne die Kantenlänge des neuen Würfels.
  1. c) Vergleiche sie mit der Summe $6 \text{ cm} + 8 \text{ cm}$ und erkläre kurz den Unterschied.
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Üben★★★Nicht begonnen
Ein Würfel hat die Kantenlänge $a$. Die Kantenlänge wird verdoppelt. a) Um welchen Faktor wächst das Volumen? b) Um welchen Faktor muss die Kantenlänge vergrößert…

Ein Würfel hat die Kantenlänge $a$. Die Kantenlänge wird verdoppelt.

  1. a) Um welchen Faktor wächst das Volumen?
  1. b) Um welchen Faktor muss die Kantenlänge vergrößert werden, damit das Volumen auf das $5$-fache wächst? Gib das Ergebnis als Wurzelterm und gerundet auf zwei Nachkommastellen an.
  1. c) Ein Würfel hat das Volumen $V$. Begründe, dass die Kantenlänge eines Würfels mit dem Volumen $27V$ genau dreimal so lang ist.
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Üben★★★Nicht begonnen
Eine Kugel und ein Würfel haben dasselbe Volumen $V = 1000 \text{ cm}^3$. a) Berechne die Kantenlänge des Würfels. b) Berechne den Radius der Kugel (mit…

Eine Kugel und ein Würfel haben dasselbe Volumen $V = 1000 \text{ cm}^3$.

  1. a) Berechne die Kantenlänge des Würfels.
  1. b) Berechne den Radius der Kugel (mit $V = \frac{4}{3}\pi r^3$) auf eine Nachkommastelle genau.
  1. c) Welcher Körper hat die kleinere Oberfläche? Begründe mit Rechnung (Kugeloberfläche: $O = 4\pi r^2$).
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Zurück zum Anfang: Für $8\,\text{m}^3$ braucht der Tank eine Kante von $\sqrt[3]{8}=2\,\text{m}$.

Auf einen Blick

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