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Hemmes mathematische Rätsel: Wie groß ist die Fläche?

Zahlen

Ein Quadrat der Seitenlänge 1 wird um 45° um seinen Mittelpunkt gedreht. Wie groß ist die Fläche, die es dabei überstreicht?

Das Quadrat hat die Seitenlänge 1 und darum die Diagonalenlänge √2. Wenn es um 45° um seinen Mittelpunkt gedreht wird, bewegen sich seine vier Ecken auf Achtelkreisbögen mit dem Radius r = 1/2√2. Die vier Radien überstreichen dabei die vier orangen Achtelkreise, die zusammen einen Halbkreis vom Inhalt 1/2πr2 = 1/4π ergeben. Die vier Achtelkreise bedecken die Hälfte des ursprünglichen Quadrats. Die zweite Hälfte der Größe 1/2 kommt also noch hinzu. Zur überstrichenen Fläche gehören auch noch die vier kleinen weißen rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreiecke, die außerhalb des ursprünglichen Quadrats liegen. Sie haben Kathetenlängen von 1/2(√2 – 1), und damit eine Gesamtfläche von 3/2 – √2. Somit hat die überstrichene Fläche den Inhalt 1/4π + 1/2 + 3/2 – √2 = 1/4π + 2 – √2 ≈ 1,37. Das Quadrat beziehungsweise seine Außenseiten bleiben immer innerhalb der weißen Deltoide.

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