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Trigonometrie - hep verlag

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MATHEMATIK BASICS<br />

Rainer Hofer • Marc Peter<br />

<strong>Trigonometrie</strong><br />

Ausgefülltes Exemplar für Lehrpersonen (Folienvorlagen)<br />

Impressum<br />

Internet: Folienvorlagen und Lernkontrollen<br />

www.<strong>hep</strong>-<strong>verlag</strong>.ch/mat/math.basics/<br />

ISBN 3-03905-110-5<br />

(Schülerbuch: ISBN 3-03905-109-1)<br />

1. Auflage 2004<br />

Alle Rechte vorbehalten © 2004 h.e.p. <strong>verlag</strong> ag h.e.p. <strong>verlag</strong> ag<br />

Bildung.Medien.Kommunikation, Bern/Schweiz Bildung.Medien.Kommunikation<br />

Brunngasse 36<br />

www.<strong>hep</strong>-<strong>verlag</strong>.ch<br />

CH-3011 Bern<br />

Bildungsentwicklung, Mittelschul- und Berufsbildungsamt des Kantons Zürich<br />

ILeB, Institut für Lehrerbildung und Berufspädagogik, eine Bildungsstelle des Kantons<br />

Zürich


Mathematik Basics<br />

Rainer Hofer / Marc Peter<br />

<strong>Trigonometrie</strong><br />

Materialien zu diesem Buch unter<br />

www.<strong>hep</strong>-<strong>verlag</strong>.ch/mat/math.basics/


Die Deutsche Bibliothek – CIP-Einheitsaufnahme<br />

Rainer Hofer, Marc Peter<br />

<strong>Trigonometrie</strong><br />

ISBN 3-03905-109-1<br />

1. Auflage 2004<br />

Reihe: Mathematik Basics<br />

Ausgefülltes Exemplar für Lehrpersonen (Folienvorlagen)<br />

ISBN 3-03905-110-5<br />

Internet: Zusatzmaterialien<br />

www.<strong>hep</strong>-<strong>verlag</strong>.ch/mat/math.basics/<br />

Umschlag: Wiggenhauser & Woodtli, Zürich<br />

Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek<br />

Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen<br />

Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet<br />

abrufbar:<br />

http://dnb.ddb.de<br />

Alle Rechte vorbehalten © 2004 h.e.p. <strong>verlag</strong> ag<br />

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h.e.p. <strong>verlag</strong> ag<br />

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Brunngasse 36<br />

CH–3011 Bern<br />

www.<strong>hep</strong>-<strong>verlag</strong>.ch


Vorwort<br />

In allen technisch-konstruktiven Berufen sind die Kenntnisse der Dreieckslehre von<br />

grosser Bedeutung.<br />

Zu Beginn dieses Lehrmittels wird der Satz des Pythagoras behandelt, obwohl die<br />

Theorie zur Planimetrie gehört. Für viele Lernende ist dies vielleicht eine Repetition,<br />

aber unabdingbar, um im letzten Kapitel den Kosinussatz zu verstehen.<br />

In rechtwinkligen Dreiecken können Winkel und Seiten mit Hilfe der drei<br />

trigonometrischen Funktionen Sinus, Kosinus und Tangens ermittelt werden. Am<br />

einfachen Beispiel einer Strasse mit Steigung wird die Grundlage der <strong>Trigonometrie</strong><br />

erarbeitet. Vom Seitenverhältnis über den Funktionswert bis zum Winkelwert werden<br />

alle Teilschritte aufgezeigt. Mit diesem Grundlagenwissen und der selbst erarbeiteten<br />

Formelsammlung werden nun viele unterschiedliche Beispiele berechnet. Ganz<br />

besonderer Wert wird auf Skizzen gelegt, weil alle Seiten und Winkel zuerst einmal<br />

bezeichnet werden müssen, bevor die eigentlichen Berechnungen vorgenommen<br />

werden können. Eine Vielzahl praktischer Übungen ermöglicht eine Festigung des<br />

neu Erlernten.<br />

Aufbauend auf den Gesetzen der trigonometrischen Funktionen rechtwinkliger<br />

Dreiecke werden nun Sinus- und Kosinussatz an nicht rechtwinkligen Dreiecken<br />

aufgezeigt. Dabei beschränkt sich die Theorie bewusst auf den I. und II. Quadranten<br />

des Einheitskreises, um wirklich bei den «Basics» zu bleiben, aber dennoch fundiert<br />

aufzubauen. In Beispielen werden die beiden Sätze praktisch angewendet, und in<br />

den letzten sechs Übungssequenzen wächst der Schwierigkeitsgrad kontinuierlich.<br />

Rainer Hofer und Marc Peter, Berufsschullehrer<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 3


Inhaltsverzeichnis<br />

1 Rechtwinklige Dreiecke Seite 6<br />

1.1 Satz des Pythagoras Seite 6<br />

2 Winkelmessung und Einheitskreis Seite 13<br />

2.1 Winkelmessung Seite 13<br />

2.2 Einheitskreis Seite 14<br />

3 <strong>Trigonometrie</strong> rechtwinkliger Dreiecke Seite 15<br />

3.1 Grundlagen der <strong>Trigonometrie</strong> Seite 15<br />

3.2 Betrachtungswinkel in rechtwinkligen Dreiecken Seite 15<br />

3.3 Bespiel aus dem Alltag – Steigung m Seite 16<br />

3.4 Überblick der vier trigonometrischen Funktionen Seite 18<br />

3.5 Überblick Formeln Seite 19<br />

3.6 Beispiele von Berechnungen rechtwinkliger Dreiecke Seite 20<br />

3.7 Darstellung der Winkelfunktionen im I. Quadranten Seite 26<br />

3.8 Zusammenfassung der trigonometrischen Funktionen Seite 29<br />

4 Trigonometrische Funktionen von Winkeln über 90° Seite 30<br />

4.1 Begriff der Winkelfunktionen über 90° Seite 30<br />

4.2 Der Sinussatz Seite 33<br />

4.3 Beispiele zum Sinussatz Seite 35<br />

4.4 Der Kosinussatz Seite 37<br />

4.5 Beispiele zum Kosinussatz Seite 38<br />

4.6 Vermischte Aufgaben Seite 40<br />

Lösungen zu den Übungen Seite 41<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 5


1 Rechtwinklige Dreiecke<br />

Dreiecke, die einen rechten Winkel besitzen, spielen in der Geometrie eine besondere<br />

Rolle. Einmal wegen ihrer leichten Konstruierbarkeit (Thaleskreis), zum anderen<br />

weil ihre Seiten in einer rechnerischen Beziehung zueinander stehen, was insbesondere<br />

im Lehrsatz des Pythagoras zur Geltung kommt. Dieses Wissen wurde für<br />

Konstruktionen und Berechnungen verwendet, beispielsweise beim Bau der Pyramiden.<br />

1.1 Satz des Pythagoras<br />

Der Grieche Pythagoras lebte von ca. 570 v.Chr. bis 500 v.Chr. Er gründete in Kroton<br />

(Unteritalien) einen Bund mit religiösen, wissenschaftlichen, politischen und<br />

ethischen Zielen (Pythagoreer). Man geht jedoch davon aus, dass der berühmte<br />

„Satz des Pythagoras“ schon 1700 v.Chr. von den Babyloniern angewandt wurde.<br />

Mit dem Satz des Pythagoras lässt sich eine Seite eines rechtwinkligen Dreiecks berechnen,<br />

wenn die beiden anderen Seiten bekannt sind.<br />

Die Addition aller Winkel in einem Dreieck ergibt bekanntlich 180°. Da bei rechtwinkligen<br />

Dreiecken der rechte Winkel 90° beträgt, ist die Summe der beiden anderen<br />

Winkel immer 180° − 90° = 90°. Mit Ausnahme des rechten Winkels müssen beim<br />

Satz des Pythagoras keine anderen Winkel bekannt sein.<br />

Bei der Bezeichnung rechtwinkliger Dreiecke gilt:<br />

• Wie bei allen Dreiecken werden die drei Seiten a , b und c im Gegenuhrzeigersinn<br />

angeschrieben.<br />

• Die längste Seite wird als Hypotenuse bezeichnet. Sie liegt immer dem rechten<br />

Winkel gegenüber. Üblicherweise wird sie als die Seite c angegeben.<br />

• Die beiden anderen Seiten a und b werden als Katheten bezeichnet. Sie bilden<br />

zusammen den rechten Winkel.<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 6


Der Satz von Pythagoras besagt, dass die Flächen über den beiden Katheten zusammen<br />

gleich gross sind wie die Fläche über der Hypotenuse:<br />

..............................................................<br />

..............................................................<br />

_____________________<br />

..............................................................<br />

..............................................................<br />

Satz des Pythagoras: .......................................................<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 7


Formeln Pythagoras<br />

Wichtig:<br />

Alle Seiten müssen mit derselben<br />

Längeneinheit berechnet werden.<br />

Übung 1 Berechnen Sie die fehlenden Grössen. Die Hypotenuse ist c.<br />

Die Lösungen sind mit drei Ziffern anzugeben.<br />

(Darstellung: Formel, Zahlen und Einheiten, Resultat)<br />

a) a = 13 m, b = 10,5 m, c = ? m<br />

Taschenrechner: ……………………………………………………………………………………………………………………<br />

b) a = 14,38 mm, b = ? mm, c = 4,27 cm<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 8


Übung 2 Textaufgaben Pythagoras<br />

(Darstellung: Skizze, Gegeben, Gesucht und Lösung)<br />

a) Ein rechteckiges DIN A3-Blatt hat eine Länge von 4,2 dm und eine Breite von<br />

297 mm. Berechnen Sie die Diagonale durch das Blatt in cm.<br />

Geg:<br />

Ges:<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 9


) Berechnen Sie die Hypotenuse.<br />

c) Wie viele cm beträgt die Länge der unbekannten Kathete?<br />

d) Berechnen Sie die gesuchte Länge des Ziegeldachs.<br />

e) Welche Länge hat die schräge Leitung?<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 10


f) Welche resultierende Kraft wirkt in diesem Kräfteplan?<br />

g) Berechnen Sie alle unbekannten Seiten der beiden Teildreiecke.<br />

h) Wie viel beträgt die Länge der abgewickelten Leitung in m?<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 11


i) Berechnen Sie den Umfang dieses Drachens in cm.<br />

k) Berechnen Sie alle Seiten dieser drei Dreiecke in m?<br />

l) Stellen Sie sich eine Kartonschachtel für Briefpapier vor. Sie hat die Form eines<br />

Quaders. Das Papier in der Schachtel hat das Format A4. Darin befinden sich<br />

500 Blatt Papier.<br />

Errechnen Sie die Diagonale (in cm) durch den Quader. Die Länge beträgt<br />

0,301 m, die Breite 2,14 dm und die Höhe 46 mm.<br />

Erstellen Sie eine Skizze oder nehmen Sie eine Schachtel zur Hand und werden<br />

Sie sich bewusst, dass die nachfolgenden Berechnungen aus zwei<br />

rechtwinkligen Dreiecken bestehen. Berechnen Sie zuerst die Diagonale im<br />

Grundriss und anschliessend im Quader.<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 12


2 Winkelmessung und Einheitskreis<br />

2.1 Winkelmessung<br />

Bereits vor über 5000 Jahren haben die Sumerer Winkelmessungen angewandt.<br />

Damit wurden der Lauf der Sonne, des Mondes und der Gestirne gemessen. Die<br />

Sonne erreicht mit einer Periode von etwa 365 Tagen ihren höchsten bzw. tiefsten<br />

Stand. Wahrscheinlich führte diese Erkenntnis zur Einteilung des Vollwinkels in 360<br />

Altgrade, denn 360 ist diejenige Zahl, die 365 am nächsten kommt.<br />

a) Messung des Winkels in Altgrad<br />

Der Kreisbogen wird bei dieser Messungsart in 360 gleiche Teile eingeteilt, die man<br />

«ein Grad» nennt.<br />

Umrechnung von Grad, Minuten und Sekunden in Grad mit Dezimalteilung:<br />

23° 30’ =<br />

12,454° =<br />

b) Neue Teilung - Neugrad<br />

Diese Winkelmessung, die in der Vermessung benutzt wird, unterteilt den Vollwinkel<br />

in 400 Teile, die man Gon nennt. Das Gon wird dezimalgeteilt. Viele Winkelmessgeräte<br />

sind heute in Neugrad geeicht.<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 13


2.2 Einheitskreis<br />

Von einem Einheitskreis spricht man dann, wenn der Radius 1 beträgt. Um sich das<br />

besser vorstellen zu können, denkt man sich zum Beispiel 1 m, 1 dm, 1 km...<br />

Tabelle der Winkelmasse in Altgrad und Neugrad<br />

Altgrad<br />

DEG in °<br />

Neugrad<br />

GRAD in Gon<br />

Vollkreis<br />

1/2 Kreis<br />

1/4 Kreis<br />

1/8 Kreis<br />

1/12 Kreis<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 14


3 <strong>Trigonometrie</strong> rechtwinkliger Dreiecke<br />

3.1 Grundlagen der <strong>Trigonometrie</strong><br />

Wie wir gesehen haben, ist es möglich, mit dem Lehrsatz des Pythagoras aus zwei<br />

gegebenen Seiten eines rechtwinkligen Dreiecks die dritte Seite zu berechnen. Das<br />

rechtwinklige Dreieck ist durch die Angabe von zwei Seiten bestimmt, aber mit Hilfe<br />

des Pythagoras können wir keine Angaben über die Winkel α und β machen. Die<br />

<strong>Trigonometrie</strong> hat die Aufgabe, die Beziehungen zwischen Seiten und Winkeln im<br />

Dreieck herzustellen. Sie lehrt, aus Winkeln und Seiten die übrigen Stücke eines<br />

Dreiecks zu berechnen.<br />

3.2 Betrachtungswinkel in rechtwinkligen Dreiecken<br />

In der <strong>Trigonometrie</strong> kommt es immer auf den Blickwinkel an.<br />

Fazit: Bei jeder trigonometrischen Berechnung muss zuerst der Betrachtungswinkel -<br />

α oder β - festgelegt werden, bevor An- und Gegenkathete definiert werden.<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 15


3.3 Beispiel aus dem Alltag - Steigung m<br />

Ein Strassenstück hat eine Steigung von 7,5%. Dies wird den Verkehrsteilnehmern<br />

mit einem Hinweisschild signalisiert.<br />

Streckenverhältnis<br />

Betrachten Sie die Verhältnisse zwischen Horizontaldistanz und Vertikaldistanz für<br />

Das Verhältnis Vertikaldistanz zu Horizontaldistanz ist vom Winkel α abhängig, d.h.<br />

das Verhältnis ist eine Funktion des Winkels α : Ändert sich der Winkel, so ändert<br />

sich auch das Verhältnis der beiden Distanzen.<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 16


Funktionswert<br />

Rechnen wir dieses Verhältnis zwischen Gegenkathete und Ankathete aus, bekommen<br />

wir den so genannten Funktionswert:<br />

…………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………<br />

Winkel aus dem Funktionswert bestimmen<br />

Mit Hilfe des Taschenrechners lässt sich nun aus dem Funktionswert der Winkel α<br />

bestimmen. Beachten Sie, dass sich der Taschenrechner in der Stellung Altgrad<br />

(DEG) befinden muss.<br />

Der Winkel α beträgt:<br />

Taschenrechner:<br />

Allgemein gilt für die Steigung: ......................................<br />

Übung 3 Bestimmen Sie den Neigungswinkel, wenn die Steigung m einer Strecke<br />

gegeben ist:<br />

a) m = 4,8% b) m = 6‰ c) m = 0,45<br />

d) m = 267% e) m = 0,023 f) m = 4<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 17


3.4 Überblick der vier trigonometrischen Funktionen<br />

Alle trigonometrischen Funktionen sind Verhältnisse zwischen Seiten.<br />

Sinusfunktion sin ∠ =<br />

Gegenkathete<br />

Hypotenuse<br />

Kosinusfunktion cos ∠ =<br />

Ankathete<br />

Hypotenuse<br />

Tangensfunktion tan ∠ =<br />

Gegenkathete<br />

Ankathete<br />

Kotangensfunktion cot ∠ =<br />

Ankathete<br />

Gegenkathete<br />

Hinweis: Auf dem Taschenrechner fehlt der cot, weil dieser der reziproke Wert des tan ist.<br />

Einen Funktionswert, beispielsweise den Sinus von 56°, berechnen Sie wie folgt:<br />

Taschenrechner:<br />

Den Winkel von cos 0,8 können Sie wie folgt berechnen:<br />

Taschenrechner:<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 18


Übung 4 Ergänzen Sie die Tabelle<br />

17°30’<br />

° sin cos tan<br />

34°19’<br />

62°35’29’’<br />

Übung 5 Bestimmen Sie die Winkel der entsprechenden Funktionswerte.<br />

a) sin α = 0,387 b) cos α = 0,135 c) tan α = 4,18<br />

d) cos α = 0,64 e) cot α = 4,35 f) sin α = 0,89<br />

3.5 Überblick Formeln<br />

Stellen Sie die Grundformeln nach den gesuchten Grössen um.<br />

Seite /<br />

Winkel<br />

Funktion<br />

Ankathete = Gegenkathete = Hypotenuse = ∠ =<br />

sin<br />

cos<br />

tan<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 19


3.6 Beispiele von Berechnungen rechtwinkliger Dreiecke<br />

a) Von einem rechtwinkligen Dreieck kennt man die beiden Katheten a = 2,5 cm<br />

und b = 10,9 cm. Gesucht sind: α , β und c .<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 20


) In einem rechtwinkligen Dreieck ist der Winkel α = 48° und die Hypotenuse<br />

misst c = 9 cm .<br />

Skizzieren Sie das Dreieck und berechnen Sie β , a und b .<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 21


c) Ein Kraftvektor F = 7 700 N kann in zwei Komponenten F 1 und F 2 zerlegt<br />

werden, die zusammen einen rechten Winkel bilden. F 1 wirkt zur resultieren<br />

Kraft in einem Winkel von 64,4°. Berechnen Sie F 1 und F 2 .<br />

Übung 6 Im Dreieck ABC ist γ = 90°. Berechnen Sie α .<br />

a) a = 7,1 dm b) b = 4 cm c) c = 3 m<br />

c = 12,7 dm a = 12,4 cm b = 1 m<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 22


Übung 7 Im Dreieck ABC ist γ = 90°. Berechnen Sie die unbekannten Seiten.<br />

a) c = 1,25 m b) a = 3,8 cm c) b = 24 km<br />

β = 67° α = 30° α = 60° 20'<br />

d) c = 800 m e) β = 27° 40' f) a = 19 m<br />

α = 38° a = 4,4 dm α = 49° 37' 25"<br />

g) a = 9 h) c = 4<br />

1<br />

sin β =<br />

tan α = 3<br />

3<br />

Übung 8 Bestimmen Sie die Steigung m in % und ° folgender Strecken.<br />

(h = Höhenunterschied, a = Horizontaldistanz, d = wirkliche Distanz).<br />

Skizze:<br />

a) h = 25 m b) a = 88,4 m c) h = 40,2 m<br />

d = 72 m d = 103 m a = 1,6 km<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 23


Übung 9<br />

a) Berechnen Sie die Höhe des Kirchturms. Die Augen sind auf einer Höhe von<br />

1,6 m über Boden.<br />

b) Schiefe Ebene: Wie viel betragen die Längen l 1 und l 2 ?<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 24


c) Berechnen Sie die Höhe in diesem gleichseitigen Dreieck.<br />

d) Wie viele Newton betragen die beiden Kräfte F 1 und F 2 ?<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 25


3.7 Darstellung der Winkelfunktionen im I. Quadranten des Einheitskreises<br />

a) Die Sinusfunktion im I. Quadranten<br />

Zeichnet man in einem Einheitskreis (Kreis mit Radius r = 1 ) einen Winkel ein, so<br />

hat die Hypotenuse den Wert 1 und man kann den Sinus des Winkels als Länge ablesen.<br />

So lassen sich die einzelnen Sinuswerte für die verschiedenen Winkel α<br />

zeichnerisch bestimmen.<br />

Daraus wird ersichtlich:<br />

− Nimmt der Winkel α von 0° bis 90° zu, so wächst auch der Sinus und zwar von 0<br />

bis 1.<br />

− In der Nähe von 0° ist die Zunahme des Sinuswertes grösser als in der Nähe von<br />

90°. Der Sinuswert und der Winkel sind demnach nicht proportional:<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 26


) Die Kosinusfunktion im I. Quadranten<br />

Auch die Kosinusfunktion kann mit Hilfe des Einheitskreises dargestellt werden.<br />

− Nimmt der Winkel α von 0° bis 90° zu, so nimmt der Kosinus ab und zwar von 1<br />

bis 0.<br />

− In der Nähe von 0° ist die Abnahme des Kosinus geringer als in der Nähe von 90°.<br />

Somit ist auch hier ersichtlich, dass Kosinuswert und Winkel nicht proportional<br />

sind:<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 27


c) Die Tangensfunktion im I. Quadranten<br />

Die Ankathete eines Winkels kann am Einheitskreis so eingezeichnet werden, dass<br />

sie immer den Wert 1 hat, die Gegenkathete des Winkels entspricht dann in ihrer<br />

Länge dem Tangens des Winkels.<br />

− Nimmt der Winkel α von 0° bis 90° zu, so nimmt der Tangens zu und zwar von 0<br />

bis +∞. Bei einem Winkel von 45° beträgt der Funktionswert des Tangens genau<br />

1.<br />

− Für die Winkel bis 45° ist die Zunahme geringer als für die Winkel über 45°.<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 28


3.8 Zusammenfassung der trigonometrischen Funktionen im I. Quadranten<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 29


4 Trigonometrische Funktionen von Winkeln über 90°<br />

4.1 Verallgemeinerung des Winkelfunktionsbegriffes<br />

Die Winkelfunktionen haben wir bis jetzt nur für spitze Winkel erklärt. In schiefwinkligen<br />

Dreiecken können auch Winkel vorkommen, die grösser als 90° sind. Will man<br />

mit solchen Winkeln rechnen, so muss man versuchen, deren Funktionswerte auf<br />

Funktionswerte spitzer Winkel zurückzuführen. Der Begriff der Winkelfunktionen wird<br />

über den bisherigen Bereich (0° − 90°) ausgedehnt. Dazu benutzt man wiederum den<br />

Einheitskreis, und zwar im rechtwinkligen Koordinatensystem. Hier beschränken wir<br />

uns auf die ersten beiden Quadranten:<br />

Die Winkelfunktionen definieren sich wie folgt:<br />

…………………………...............................<br />

…………………………...............................<br />

Im Einheitskreis ist somit der Sinuswert eines Winkels die Masszahl der y − Achse.<br />

Der Kosinuswert eines Winkels entspricht der Masszahl der x − Achse. Zu berücksichtigen<br />

ist dabei das Vorzeichen von x .<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 30


Am Einheitskreis können wir feststellen, dass wir den Sinuswert eines stumpfen Winkels<br />

durch einen spitzen Winkel mit gleichem Sinuswert ausdrücken können.<br />

− Für α = 90 ° ist sin α = 1 ; wird der Winkel α grösser, so wird der Sinus kleiner<br />

und erreicht bei α = 180 ° den Wert 0.<br />

− Der Sinus von 135° beträgt gleich viel wie der Sinus von 45°. Der Sinus eines<br />

stumpfen Winkels wird also durch den Sinus eines spitzen Winkels ausgedrückt,<br />

den man bekommt, wenn man den stumpfen Winkel von 180° subtrahiert:<br />

…………………………………………………………………………….<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 31


Mit der gleichen Vorgehensweise kann man die Kosinuswerte von stumpfen Winkeln<br />

erklären.<br />

− Für α = 90 ° ist cos α = 0 ; wird der Winkel α grösser, so wird der Kosinus<br />

negativ und erreicht bei α = 180 ° den Wert −1.<br />

− Zum Beispiel ist der Kosinus von 145° zahlenmässig gleich gross wie der Kosinus<br />

von 35°. Folglich ist:<br />

Übung 10<br />

Zeichnen Sie einen Halbkreis mit r = 10 cm (Blatt A4 quer) und beantworten Sie mit<br />

Hilfe der graphischen Darstellung folgende Fragen:<br />

a) Der Winkel α hat den Kosinuswert von −0,8. Wie gross ist α ?<br />

b) β ist 115°. Wie gross ist der Sinuswert von β ?<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 32


4.2 Der Sinussatz<br />

Beide Dreiecke haben die gleiche Höhe.<br />

Im spitzwinkligen Dreieck gilt:<br />

Im stumpfwinkligen Dreieck ist:<br />

Da aber sin β = sin ( 180°<br />

− β)<br />

ist, wird auch hier die Höhe:<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 33


Durch Gleichsetzung erhält man:<br />

…………………..……………………………………………… und somit<br />

……………………………….....<br />

Zeichnet man noch die Höhe h b , so ergibt sich:<br />

a ⋅ sin γ = c ⋅ sin α und somit<br />

……………………………….....<br />

Daraus folgt der Sinussatz:<br />

Zwei Seiten eines Dreiecks verhalten sich wie die Sinuswerte ihrer Gegenwinkel.<br />

a<br />

: b : c<br />

= sin α : sin β : sin<br />

γ<br />

Der Sinussatz findet Anwendung, wenn in einem beliebigen Dreieck gegeben sind:<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 34


4.3 Beispiele zum Sinussatz<br />

a) Berechnen Sie die fehlenden Seiten eines Dreiecks, von welchem gegeben<br />

sind:<br />

b = 6,25 cm , α = 80° und β = 50° .<br />

Massstäbliche Zeichnung:<br />

Berechnung:<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 35


) Die Resultierende F Res zweier Kräfte F 1 und F 2 , die im gleichen Punkt angreifen,<br />

beträgt 700 N. Sie bildet mit F 1 den Winkel α 1 = 30° und mit F 2 den<br />

Winkel α 2 = 50°. Berechnen Sie die Beträge von F 1 und F 2 .<br />

Massstäbliche Zeichnung (100 N entsprechen 1 cm):<br />

Berechnung:<br />

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 36


4.4 Der Kosinussatz<br />

Gemäss Pythagoras gilt:<br />

Durch Gleichsetzung erhält man:<br />

ist, folgt daraus der Kosinussatz:<br />

a<br />

2<br />

=<br />

b<br />

2<br />

+<br />

c<br />

2<br />

−<br />

2bc<br />

cos α<br />

b<br />

2<br />

=<br />

a<br />

2<br />

+<br />

c<br />

2<br />

−<br />

2ac<br />

cos β<br />

c<br />

2<br />

=<br />

a<br />

2<br />

+<br />

b<br />

2<br />

−<br />

2ab<br />

cos<br />

γ<br />

Der Kosinussatz findet Anwendung, wenn in einem Dreieck gegeben sind:<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 37


4.5 Beispiele zum Kosinussatz<br />

a) Berechnen Sie die unbekannte Seite und den grössten Winkel des Dreiecks.<br />

Gegeben sind die Seiten b = 4,3 cm und c = 7,6 cm und ihr eingeschlossener<br />

Winkel von 60°.<br />

Massstäbliche Zeichnung:<br />

Berechnung:<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 38


) Von einem Dreieck sind die drei Seiten a = 8 cm, b = 6,5 cm und c = 5 cm<br />

bekannt. Berechnen Sie den grössten Winkel.<br />

Massstäbliche Zeichnung:<br />

Berechnung:<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 39


4.6 Vermischte Aufgaben<br />

Übung 11<br />

Berechnen Sie die unbekannten Seiten und Winkel des Dreiecks.<br />

a) a = 8 cm b) c = 51 m c) a = 7 dm<br />

α = 37° α = 55° c = 134 cm<br />

β = 74° γ = 100° γ = 110°<br />

Übung 12<br />

Berechnen Sie die unbekannte Seite des Dreiecks.<br />

a) a = 77 m b) a = 68 m c) a = 28 m<br />

b = 44 m c = 41 m b = 53 m<br />

γ = 68° β = 110° γ = 120°<br />

Übung 13<br />

Berechnen Sie den grössten Winkel des Dreiecks.<br />

a) a = 32 m b) a = 30 cm c) a = 46 dm<br />

b = 25 m b = 1,9 dm b = 80 dm<br />

c = 37 m c = 140 mm c = 57 dm<br />

Übung 14<br />

Berechnen Sie die unbekannten Seiten und Winkel des Dreiecks.<br />

a) b = 64 cm b) a = 60 m c) a = 34 dm<br />

c = 50 cm b = 43 m α = 64°<br />

β = 58° c = 77 m γ = 47°<br />

Übung 15<br />

Von einem Parallelogramm ABCD sind die Seite a = 7 cm , der Winkel<br />

α = 140° sowie die Diagonale AC = 5,5 cm gegeben.<br />

Berechnen Sie die andere Diagonale.<br />

Übung 16<br />

Zwei Kräfte F 1 = 500 N und F 2 = 700 N greifen im gleichen Punkt an<br />

und bilden zusammen einen Winkel von 55°.<br />

Berechnen Sie die resultierende Kraft.<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 40


Lösungen zu den Übungen<br />

Übung 1 a) 16,71 m b) 40,21 mm c) 22,14 dm<br />

d) 9,99 mm e) 0,872 m<br />

Übung 2 a) 51,44 cm b) 5,025 m c) 51,61 cm<br />

d) 5,546 m e) 59,95 cm f) 49,09 N<br />

g) 1) a = 25,28 m h) 1,487 m i) 136,0 cm<br />

2) b = 7,52 m<br />

c = 18,32 m<br />

k) 1) a = 4,726 m l) 37,22 cm<br />

c = 5,545 m<br />

2) c = 3,265 m<br />

3) a = 6,226 m<br />

Übung 3 a) 2,75° b) 0,344° c) 24,23°<br />

d) 69,47° e) 1,32° f) 75,96°<br />

Übung 4<br />

° sin cos tan<br />

17°30’ 17,5° 0,301 0,954 0,315<br />

34°19’ 34,32° 0,564 0,826 0,683<br />

62°35’29’’ 62,59° 0,888 0,460 1,928<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 41


Übung 5 a) 22,77° b) 82,24° c) 76,55°<br />

d) 50,21° e) 12,95° f) 62,87°<br />

Übung 6 a) α = 33,99° b) α = 72,12° c) α = 70,53°<br />

Übung 7 a) a = 0,488 m b) b = 6,582 cm c) a = 42,13 km<br />

b = 1,151 m c = 7,60 cm c = 48,49 km<br />

d) a = 492,5 m e) b = 2,307 dm f) b = 16,16 m<br />

b = 630,4 m c = 4,968 dm c = 24,94 m<br />

g) b = 3,182 h) a = 3,464<br />

c = 9,546 b = 2,00<br />

Übung 8 a) 37,03% b) 59,8% c) 2,51%<br />

20,32° 30,88° 1,44°<br />

Übung 9 a) 51,85 m b) l 1 = 44,81 m c) h = 28,58 m<br />

l 2 = 41,46 m<br />

d) F 1 = 8354,6 N<br />

F 2 = 5370,2 N<br />

Übung 10<br />

Graphische Lösung<br />

Übung 11 a) b = 12,78 cm b) a = 42,42 m c) b = 92,8 cm<br />

c = 12,41 cm b = 21,89 m β = 40,6°<br />

γ = 69,0° β = 25,0° α = 29,4°<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 42


Übung 12 a) c = 72,98 m b) b = 90,62 m c) c = 71,25 m<br />

Übung 13 a) γ = 79,92° b) α = 130,15° c) β = 101,38°<br />

Übung 14 a) a = 74,43 cm b) α = 50,88° c) b = 35,32 dm<br />

α = 80,51° β = 33,78° c = 27,67 dm<br />

γ = 41,49° γ = 95,34° β = 69,0°<br />

Übung 15 14,6 cm oder 8,80 cm<br />

Übung 16<br />

1068,4 N<br />

<strong>Trigonometrie</strong> Seite 43


Weitere Titel in der Reihe «Mathematik Basics»<br />

Rainer Hofer<br />

Grössen, Einheiten und<br />

Figuren<br />

1. Auflage 2001<br />

40 Seiten, A4, broschiert<br />

ISBN 3-905905-32-9<br />

Lösungen:<br />

ISBN 3-905905-40-X<br />

Marc Peter<br />

Flächenberechnungen<br />

1. Auflage 2003<br />

52 Seiten, A4, broschiert<br />

ISBN 3-905905-54-X<br />

Lösungen:<br />

ISBN 3-905905-55-8<br />

Rainer Hofer<br />

Grundlagen der Mechanik<br />

1. Auflage 2001<br />

50 Seiten, A4, broschiert<br />

ISBN 3-905905-37-X<br />

Lösungen: ISBN 3-905905-42-6<br />

Marc Peter / Rainer Hofer<br />

Potenzen, Wurzeln und<br />

Logarithmen<br />

1. Auflage 2003<br />

56 Seiten, A4, broschiert<br />

ISBN 3-905905-51-5<br />

Lösungen:<br />

ISBN 3-905905-96-5<br />

Marc Peter<br />

Arithmetik und Algebra<br />

1. Auflage 2002<br />

48 Seiten, A4, broschiert<br />

ISBN 3-905905-38-8<br />

Lösungen:<br />

ISBN 3-905905-43-4<br />

Marc Peter / Rainer Hofer<br />

Algebra - rechnerische<br />

und graphische Lösungen<br />

von Gleichungen<br />

1. Auflage 2003<br />

52 Seiten, A4, broschiert<br />

ISBN 3-905905-26-4<br />

Lösungen:<br />

ISBN 3-905905-27-2<br />

Marc Peter<br />

Bruchrechnen<br />

1. Auflage 2002<br />

44 Seiten, A4, broschiert<br />

ISBN 3-905905-39-6<br />

Lösungen:<br />

ISBN 3-905905-44-2<br />

Marc Peter<br />

Prozente<br />

1. Auflage 2001<br />

40 Seiten, A4, broschiert<br />

ISBN 3-905905-33-7<br />

Lösungen:<br />

ISBN 3-905905-41-8

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