Stufenwinkel
So wie wir einzelne Winkel nach ihrer Größe in verschiedene Winkelarten eingeteilt haben, können wir Winkelpaare nach ihrer Lage an einer doppelten Geradenkreuzung einteilen. Eines dieser Winkelpaare heißt Stufenwinkel.
Erforderliches Vorwissen
Problemstellung
Gegeben ist eine doppelte Geradenkreuzung, die dadurch entsteht, dass entweder zwei parallele Geraden oder aber zwei nicht-parallele Geraden von einer dritten Gerade geschnitten werden.
1. Fall
Die beiden parallelen Geraden $g_1$ und $g_2$ werden von einer Gerade $h$ geschnitten.
2. Fall
Die beiden nicht-parallelen Geraden $g_1$ und $g_2$ werden von einer Gerade $h$ geschnitten.
Wie wir bereits wissen, können wir die Winkelpaare an einer einfachen Geradenkreuzung in Nebenwinkel und Scheitelwinkel einteilen. An einer doppelten Geradenkreuzung treten drei weitere Arten von Winkelpaaren auf: Stufenwinkel, Wechselwinkel und Nachbarwinkel.
Definition
Zwei Winkel, die
(1) auf derselben Seite der Schnittgerade $h$ und
(2) auf sich entsprechenden Seiten der geschnittenen Geraden $g_1$ und $g_2$
liegen, heißen Stufenwinkel.
An einer doppelten Geradenkreuzung gibt es vier Stufenwinkelpaare, nämlich:
$\alpha_1$ und $\alpha_2$$\beta_1$ und $\beta_2$$\gamma_1$ und $\gamma_2$$\delta_1$ und $\delta_2$
Merkhilfe
Wer sich zum ersten Mal mit Stufenwinkeln und seinen Geschwistern, den Wechselwinkeln und Nachbarwinkeln, beschäftigt, steht schnell vor dem Problem, diese irgendwie auseinanderhalten zu müssen. Kluge Mathematiker haben dafür eine Lösung gefunden: Sie haben die Schenkel der Stufenwinkel farbig hervorgehoben und festgestellt, dass diese dem (eventuell gespiegelten) Buchstaben F ähnlich sehen. Deshalb werden Stufenwinkel auch als F-Winkel bezeichnet.
WARNUNG: Es braucht etwas Fantasie und Übung, um das F zu sehen.
Eine weitere Möglichkeit, sich die zusammengehörenden Winkel zu merken, ist es, sich vorzustellen, dass die zweite Geradenkreuzung aus der ersten entstanden ist.
Gegeben ist eine einfache Geradenkreuzung, die aus den Geraden $g_1$ und $h$ gebildet wird.
1) Wir legen auf $g_1$ eine identische Gerade $g_2$.
Beobachtung
Die Winkel der zweiten Geradenkreuzung ($g_2$ und $h$) stimmen mit den Winkeln der ersten Geradenkreuzung ($g_1$ und $h$) überein:
$\alpha_1 = \alpha_2$, $\beta_1 = \beta_2$, $\gamma_1 = \gamma_2$ und $\delta_1 = \delta_2$.
2) Wir verschieben $g_2$ parallel.
Beobachtung
Die Winkel der zweiten Geradenkreuzung ($g_2$ und $h$) stimmen mit den Winkeln der ersten Geradenkreuzung ($g_1$ und $h$) überein:
$\alpha_1 = \alpha_2$, $\beta_1 = \beta_2$, $\gamma_1 = \gamma_2$ und $\delta_1 = \delta_2$.
3) Wir drehen $g_2$.
Beobachtung
Die Winkel der zweiten Geradenkreuzung ($g_2$ und $h$) stimmen mit den Winkeln der ersten Geradenkreuzung ($g_1$ und $h$) nicht überein:
$\alpha_1 \neq \alpha_2$, $\beta_1 \neq \beta_2$, $\gamma_1 \neq \gamma_2$ und $\delta_1 \neq \delta_2$.
Im Umkehrschluss heißt das: Stufenwinkel sind Winkel, die einander überdecken, wenn wir eine der Geraden so verschieben (und ggf. drehen), dass sie die andere überdeckt.
Darüber hinaus folgt aus unseren obigen Beobachtungen der
Stufenwinkelsatz
Stufenwinkel an Parallelen sind gleich groß.
Wenn $g_1$ und $g_2$ parallel sind, so gilt:
$\alpha_1 = \alpha_2$$\beta_1 = \beta_2$$\gamma_1 = \gamma_2$$\delta_1 = \delta_2$
Die Umkehrung des Satzes gilt auch:
Wenn die Stufenwinkel gleich groß sind, so liegen sie an parallelen Geraden.
