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 />
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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 />
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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 />
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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