Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Sinus und Thaleskreis (leicht)

Beispiel:

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Das große Dreieck ist gleichschenklig.

Der blaue Halbkreis hat einen Durchmesser von u = 6 cm.

Die Länge der gemeinsamen Kante der beiden Dreiecke beträgt v = 5.18 cm.

Bestimme die fehlende Winkelweite α.

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Am blauen Thaleskreis erkennt man sofort, dass γ ein rechter Winkel sein muss.

Nach der Definition des Sinus gilt im rechtwinkligen Dreieck sin(β)= Gegenkathete Hypotenuse

Damit folgt sin(β)= 5.18cm 6cm =0.863 und somit β=59.7°

Wegen der Winkelsumme im Dreieck muss gelten: 90° + β + α = 180°.
Somit gilt α = 90° - β° = 30.3°.

Sinus und Thaleskreis (schwer)

Beispiel:

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Das große Dreieck ist gleichschenklig. Bestimme die Länge der Strecke PQ.

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Am blauen Thaleskreis über dem ersten Dreieck erkennt man sofort, dass γ ein rechter Winkel sein muss.

Als Nebenwinkel von γ muss natürluch auch δ ein recher Winkel sein.

Aufgrund der Winkelsumme im zweiten Dreieck folgt δ + ε + 33° = 180°.

Daraus folgt ε = 180° - 90° - 33° = 57°.

Mit Hilfe der Gleichschenkligkeit des großen Dreiecks kann mann nun β bestimmen: Es gilt ε + 2⋅β = 180°. Daraus folgt β = 180° - ε 2 = 123° 2 = 61.5°

Mit Hilfe des Sinus kann man nun die Länge der gemeinsamen Seite g der beiden Dreiecke berechnen:

Da g die Gegenkathete von β ist, gilt: sin(β)=sin(61.5°) = g 6cm

Damit folgt g = sin(61.5°) ⋅ 6cm ≈ 5.3cm

Nun können wir im zweiten Dreieck den Sinus anwenden und so die gesuchte Seite PQ herausfinden: sin(ε)= g PQ

Setzt man die bekannten Werte ein, so folgt sin(57°)= 5.3 PQ

Damit folgt: PQ = 5.3 sin(57°) = 6.3cm

Trigonometrie Anwendungen

Beispiel:

Von einem Fenster in 12m Höhe kann man den entfernten Rand eines Kanals unter dem Winkel α=70° gegenüber der Senkrechten betrachten. Der vordere Rand des Kanals erscheinet unter dem Winkel β=35° gegenüber der Senkrechten. Wie breit ist der Kanal?

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In beiden Dreiecken gilt für den Tangens: tan(α)= Gegenkathete Ankathete .
Da nach der Gegenkathete gesucht wird, stellen wir um zu
Gegenkathete g1=Ankathete ⋅ tan(α)=12 ⋅ tan(70°) ≈32.9697

Genau gleich verfahren wir mit dem anderen Dreieck:
Gegenkathete g2=Ankathete ⋅ tan(β)=12 ⋅ tan(35°) ≈8.4025

Die gesuchte Strecke ist nun gerade die Differenz der beiden Gegenkatheten:
s=32.97 - 8.402 ≈ 24.567 m.

Winkel zw. Punkten im Koordinatensystem

Beispiel:

Berechne alle Längen und Winkel im Dreick ABC mit A(-1|1), B(3|1) und C(3|5).

Runde die Ergebnisse auf eine Nachkommastelle.

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Wenn man die drei Punkte in ein Koordinatensystem einträgt, erkennt man sofort, dass (zwischen B und C) a = 4 und (zwischen A und B) c = 4 sein müssen. Weil das Dreieck rechtwinklig ist, kann man b (zwischen A und C), also die Hypotenuse, mit dem Satz des Pythagoras berechnen:

Dreiecks mit Hilfe des Satzes des Pythagoras berechnen.

b2 = 42 + 42

b2 = 16 + 16

b2 = 32

b = 32 5.66

Da a (zwischen B und C) und c (zwischen A und B) parallel zu den Koordinatenachsen sind, muss der Winkel in B β = 90° sein.

Den Winkel α können wir mit dem Tangens berechnen:

tan(α) = Gegenkathete Ankathete = 4 4 = 1

Daraus folgt: α = arctan(1) ≈ 45°.

Wegen der Winkelsumme von 180° im Dreieck folgt: γ = 90°-45° = 45°

Strecken und Winkel im Dreieck

Beispiel:

Berechne alle Längen und Winkel im Dreick ABC mit A(-5|-1), B(2|-1) und C(0|3).

Runde die Ergebnisse auf eine Nachkommastelle.

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Wenn man die drei Punkte in ein Koordinatensystem einträgt, kann man nicht erkennen, dass das Dreieck rechtwinklig wäre, und man somit nicht direkt die Definitionen von Sinus uund Kosinus anwenden kann. Deswegen zeichen wir noch eine Höhe eine. Weil hier die Seite c parallel zur x-Achse verläuft, nehmen wir hier am besten die Höhe hc.

Die achsenparallelen Strecken c und hc kann man direkt ablesen:
c = 7 und hc = 4

Weil Höhe ja parallel zur y-Achse verläuft, hat der Lotfußpunkt L, also der Punkt, wo die Höhe Höhe hc auf c trefft, den gleichen x-Wert wie C, also x = 0.
Somit ergibt sich AL = 5 und LB = 2

Jetzt können wir mit dem Satz des Pythagoras in den beiden Teildreicken jeweils die Hypothenusen a und b berechnen:

b2 = h2 + AL2 = 42 + 52 = 16 + 25 = 41

=> b = 41 6.4

a2 = h2 + LB2 = 42 + 22 = 16 + 4 = 20

=> a = 20 4.47

Weil ja in beiden rechtwinkligen Teildreiecken () die Katheten achsenparallel und ganzzahlig sind, empfiehlt sich der Tangens zur Berechnung der Winkel:

Für den Winkel in A gilt: tan(α) = Gegenkathete Ankathete = 4 5 = 0.8

Daraus folgt: α = arctan(0.8) ≈ 38.7°.

Für den Winkel in B gilt: tan(β) = Gegenkathete Ankathete = 4 2 = 2

Daraus folgt: β = arctan(2) ≈ 63.4°.

Wegen der Winkelsumme von 180° im Dreieck folgt: γ = 180°-38.7°-63.4° = 77.9°