Mathematik

Mittelpunkt einer Strecke berechnen

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Mittelpunkt einer Strecke berechnen
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Der Mittelpunkt $M$ liegt genau zwischen den Endpunkten $A$ und $B$. Du berechnest jede Koordinate von $M$, indem du die entsprechenden Koordinaten der Endpunkte addierst und durch $2$ teilst.

Deine Lernziele

Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!

Was zeichnet den Mittelpunkt aus?

Stell dir eine Strecke mit den Endpunkten $A$ und $B$ vor. Ihr Mittelpunkt $M$ teilt sie in zwei gleich lange Teilstrecken:

$$AM = MB$$

Definition

Mittelpunkt

Der Mittelpunkt einer Strecke ist der Punkt zwischen ihren Endpunkten, der von beiden Endpunkten gleich weit entfernt ist.

Die Koordinaten von $M$ liegen jeweils genau zwischen den entsprechenden Koordinaten von $A$ und $B$. Deshalb bildest du für jede Koordinate den arithmetischen Mittelwert.

Merke

Mittelpunkt bedeutet: passende Koordinaten addieren und durch $2$ teilen.

Teste dich
Frage 1 von 1LeichtWelche Aussage beschreibt den Mittelpunkt einer Strecke?
Lösung: Er liegt zwischen den Endpunkten und ist von beiden gleich weit entfernt. — Der Mittelpunkt halbiert die Strecke. Daher sind die beiden Teilstrecken gleich lang.
Wie funktioniert die Mittelpunktformel?

Für zwei Punkte in der Ebene

$$A(x_A|y_A),\qquad B(x_B|y_B)$$

lautet die Mittelpunktformel:

$$M\left(\frac{x_A+x_B}{2}\middle|\frac{y_A+y_B}{2}\right)$$

Im Raum kommt die dritte Koordinate hinzu:

$$M\left(\frac{x_A+x_B}{2}\middle|\frac{y_A+y_B}{2}\middle|\frac{z_A+z_B}{2}\right)$$

Die Reihenfolge der Endpunkte spielt keine Rolle: Bei einer Addition kannst du die Summanden vertauschen.

Beispiel

Gegeben sind $C(4|2|9)$ und $D(2|-4|1)$.

Setze jede Koordinate getrennt ein:

$$M\left(\frac{4+2}{2}\middle|\frac{2+(-4)}{2}\middle|\frac{9+1}{2}\right)$$

Berechne die drei Mittelwerte:

$$M\left(3|-1|5\right)$$

Die negative zweite Koordinate entsteht korrekt, weil $2+(-4)=-2$ und $-2:2=-1$ gilt.

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Frage 1 von 1MittelDie Endpunkte sind $A(1|3|4)$ und $B(-3|5|6)$. Welcher Punkt ist der Mittelpunkt?
Lösung: $M(-1|4|5)$ — Rechne koordinatenweise: $(1-3):2=-1$, $(3+5):2=4$ und $(4+6):2=5$.
Wie berechnest du den Mittelpunkt mit Vektoren?

Ein Ortsvektor führt vom Ursprung $O$ zu einem Punkt. Ein Verbindungsvektor führt von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt.

Der Verbindungsvektor von $A$ nach $B$ wird nach der Regel Ziel minus Start berechnet:

$$\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{OB}-\overrightarrow{OA}$$

Vom Punkt $A$ gelangst du zum Mittelpunkt, indem du die Hälfte dieses Verbindungsvektors zurücklegst:

$$\overrightarrow{OM}=\overrightarrow{OA}+\frac12\overrightarrow{AB}$$

Beispiel

Gegeben sind $E(3|8|1)$ und $F(9|2|-7)$.

  1. Bilde den Verbindungsvektor mit Ziel minus Start:

$$\overrightarrow{EF}=(9-3|2-8|-7-1)=(6|-6|-8)$$

  1. Halbiere ihn:

$$\frac12\overrightarrow{EF}=(3|-3|-4)$$

  1. Addiere ihn zum Ortsvektor von $E$:

$$\overrightarrow{OM}=(3|8|1)+(3|-3|-4)=(6|5|-3)$$

Der Mittelpunkt ist also $M(6|5|-3)$.

Du kannst ebenso bei $B$ starten und die Hälfte von $\overrightarrow{BA}$ addieren. Beide Wege führen zum selben Punkt.

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Frage 1 von 2MittelWie bildest du den Verbindungsvektor von $A$ nach $B$?
Lösung: Koordinaten von $B$ minus Koordinaten von $A$ — Ein Verbindungsvektor folgt der Regel Ziel minus Start. Für $\overrightarrow{AB}$ ist $A$ der Start und $B$ das Ziel.
Frage 2 von 2SchwerWarum wird $\overrightarrow{AB}$ in der Mittelpunktformel mit $\frac12$ multipliziert?
Lösung: Weil der Mittelpunkt auf halbem Weg von $A$ nach $B$ liegt. — Der ganze Vektor führt von $A$ nach $B$. Seine Hälfte führt von $A$ genau bis zum Mittelpunkt.
Wie vermeidest du typische Fehler?

Achte beim Rechnen auf vier Punkte:

  1. Koordinaten zuordnen: Mittlere nur $x$ mit $x$, $y$ mit $y$ und $z$ mit $z$.
  2. Jede Summe halbieren: Die Division durch $2$ gilt für jede Koordinate.
  3. Negative Zahlen einklammern: Schreibe zum Beispiel $2+(-4)$.
  4. Vektorrichtung beachten: Für $\overrightarrow{AB}$ rechnest du $B-A$.

Übung mit der Mittelpunktformel

Berechne den Mittelpunkt von $E(3|6|8)$ und $F(5|4|10)$.

Beispiel

Lösung:

$$M\left(\frac{3+5}{2}\middle|\frac{6+4}{2}\middle|\frac{8+10}{2}\right)=M(4|5|9)$$

Die Koordinaten $4$, $5$ und $9$ liegen jeweils zwischen den entsprechenden Koordinaten der Endpunkte.

Übung mit einem Verbindungsvektor

Berechne den Mittelpunkt von $G(5|7|-2)$ und $H(7|3|10)$ über den Weg von $G$ nach $H$.

Beispiel

Lösung:

Zuerst gilt

$$\overrightarrow{GH}=(7-5|3-7|10-(-2))=(2|-4|12).$$

Die Hälfte davon ist $(1|-2|6)$. Addiere sie zu $G$:

$$\overrightarrow{OM}=(5|7|-2)+(1|-2|6)=(6|5|4).$$

Damit ist $M(6|5|4)$ der gesuchte Mittelpunkt.

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Frage 1 von 1SchwerEine Rechnung ergibt für $A(2|5)$ und $B(4|1)$ den Punkt $M(6|6)$. Welcher Fehler liegt vor?
Lösung: Die entsprechenden Koordinaten wurden addiert, aber nicht durch $2$ geteilt. — Richtig ist $M((2+4):2|(5+1):2)=M(3|3)$.
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Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.

Alles auf einen Blick
Mindmap
  • Mittelpunkt einer Strecke
    • Bedeutung
      • teilt die Strecke in zwei gleich lange Teile
      • ist von beiden Endpunkten gleich weit entfernt
    • Mittelpunktformel
      • passende Koordinaten mitteln
      • gilt in Ebene und Raum
    • Vektorweg
      • Verbindungsvektor als Ziel minus Start bilden
      • halben Verbindungsvektor zum Startpunkt addieren
    • Kontrolle
      • Koordinaten richtig zuordnen
      • Vorzeichen und Division durch 2 prüfen
Abschluss-Check
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Frage 1 von 3LeichtWas geschieht bei der Mittelpunktformel mit den beiden $x$-Koordinaten?
Lösung: Sie werden addiert und die Summe wird durch $2$ geteilt. — Jede Mittelpunktkoordinate ist der arithmetische Mittelwert der entsprechenden Endpunktkoordinaten.
Frage 2 von 3MittelWelcher Punkt ist der Mittelpunkt von $P(2|5)$ und $Q(4|1)$?
Lösung: $M(3|3)$ — Es gilt $(2+4):2=3$ und $(5+1):2=3$.
Frage 3 von 3SchwerDu startest für die vektorielle Berechnung bei $B$ statt bei $A$. Welcher Term führt zum Mittelpunkt?
Lösung: $\overrightarrow{OB}+\frac12\overrightarrow{BA}$ — Von jedem Endpunkt aus erreichst du den Mittelpunkt, indem du die Hälfte des Verbindungsvektors zum anderen Endpunkt zurücklegst.

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