Mathebattle EduRandomtasks

Sinus und Thaleskreis (leicht)

Beispiel:

Das große Dreieck ist gleichschenklig.

Der blaue Halbkreis hat einen Durchmesser von u = 5.5 cm.

Die Länge der gemeinsamen Kante der beiden Dreiecke beträgt v = 4.83 cm.

Bestimme die fehlende Winkelweite α.

Lösung einblenden

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

Nach der Definition des Sinus gilt im rechtwinkligen Dreieck sin(β)= $\frac{Gegenkathete}{Hypotenuse}$

Damit folgt sin(β)= $\frac{4.83cm}{5.5cm}$ =0.878 und somit β=61.4°

Wegen der Winkelsumme im Dreieck muss gelten: 90° + β + φ = 180°.
Somit gilt φ = 90° - β° = 28.6°.

Wegen der Gleichschenkligkeit des großen Dreiecks muss nun aber β und (α+φ) gleich groß sein.

Mit α+28.6°=β=61.4° gilt nun: α = 32.8°

Sinus und Thaleskreis (schwer)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

Aufgrund der Winkelsumme im ersten Dreieck folgt β + γ + 27° = 180°.

Daraus folgt β = 180° - 90° - 27° = 63°

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(63°) = $\frac{g}{6cm}$

Damit folgt g = sin(63°) ⋅ 6cm ≈ 5.3cm

Als Nebenwinkel von γ muss natürlich auch δ ein rechter Winkel sein.

Aufgrund der Gleichschenkligkeit des großen Dreiecks muss β und (α+27°) gleich groß sein. Damit gilt 63° = α + 27°, woraus folgt: α = 36°

Mit der Winkelsumme im zweiten Dreieck folgt nun ε = 90° - α = 90° - 36° = 54°

Nun können wir in diesem Dreieck den Sinus anwenden und so die gesuchte Seite PQ herausfinden: sin(ε)= $\frac{g}{PQ}$

Setzt man die bekannten Werte ein, so folgt sin(54°)= $\frac{5.3}{PQ}$

Damit folgt: PQ = $\frac{5.3}{sin(54°)}$ ≈ 6.6cm

Trigonometrie Anwendungen

Beispiel:

Ein 6m hoher Mast wird von der einen Seite mit einem 33m langen Seil und von der gegenüberleigenden Seite mit einem 32m langen Seil abgespannt. Wie weit sind die Verankerungen der Spannseile von einander entfernt?

Lösung einblenden

Zuerst berechnen die beiden Winkel jeweils oben in den rechtwinkligen Dreiecken:
cos(α) = $\frac{Ankathete}{Hypotenuse}$ = $\frac{6}{33}$ ≈ 0.1818 => α = 79.5.
cos(β) = $\frac{Ankathete}{Hypotenuse}$ = $\frac{6}{32}$ ≈ 0.1875 => β = 79.2.

In beiden Dreiecken gilt für den Tangens: tan(α)= $\frac{Gegenkathete}{Ankathete}$ .
Da nach der Gegenkathete gesucht wird, stellen wir um zu
Gegenkathete g1=Ankathete ⋅ tan(α)=6 ⋅ tan(79.52431830361°) ≈32.45

Genau gleich verfahren wir mit dem anderen Dreieck:
Gegenkathete g2=Ankathete ⋅ tan(β)=6 ⋅ tan(79.19307712514°) ≈31.4325

(Die Gegenkatheten hätte man auch mit dem Satz des Pythagoras berechnen können)

Die gesuchte Strecke ist nun gerade die Summe der beiden Gegenkatheten:
s=32.45 + 31.432 ≈ 63.882 m.

Winkel zw. Punkten im Koordinatensystem

Beispiel:

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

Runde die Ergebnisse auf eine Nachkommastelle.

Lösung einblenden

Wenn man die drei Punkte in ein Koordinatensystem einträgt, erkennt man sofort, dass (zwischen B und C) a = 3 und (zwischen A und B) c = 5 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 = 3² + 5²

b² = 9 + 25

b² = 34

b = $\sqrt{34}$ ≈ 5.83

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) = $\frac{Gegenkathete}{Ankathete}$ = $\frac{3}{5}$ = 0.6

Daraus folgt: α = arctan(0.6) ≈ 31°.

Wegen der Winkelsumme von 180° im Dreieck folgt: γ = 90°-31° = 59°

Strecken und Winkel im Dreieck

Beispiel:

Berechne alle Längen und Winkel im Dreick ABC mit A(-2|-2), B(3|2) und C(-2|4).

Runde die Ergebnisse auf eine Nachkommastelle.

Lösung einblenden

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 b parallel zur y-Achse verläuft, nehmen wir hier am besten die Höhe h_b.

Die achsenparallelen Strecken b und h_b kann man direkt ablesen:
b = 6 und h_b = 5

Weil Höhe ja parallel zur x-Achse verläuft, hat der Lotfußpunkt L, also der Punkt, wo die Höhe Höhe h_b auf b trefft, den gleichen y-Wert wie B, also y = 2.
Somit ergibt sich AL = 4 und LC = 2

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

c² = h² + AL² = 5² + 4² = 25 + 16 = 41

=> c = $\sqrt{41}$ ≈ 6.4

a² = h² + LC² = 5² + 2² = 25 + 4 = 29

=> a = $\sqrt{29}$ ≈ 5.39

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) = $\frac{Gegenkathete}{Ankathete}$ = $\frac{5}{4}$ = 1.25

Daraus folgt: α = arctan(1.25) ≈ 51.3°.

Für den Winkel in C gilt: tan(γ) = $\frac{Gegenkathete}{Ankathete}$ = $\frac{5}{2}$ = 2.5

Daraus folgt: γ = arctan(2.5) ≈ 68.2°.

Wegen der Winkelsumme von 180° im Dreieck folgt: β = 180°-51.3°-68.2° = 60.5°

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Sinus und Thaleskreis (leicht)

Sinus und Thaleskreis (schwer)

Trigonometrie Anwendungen

Winkel zw. Punkten im Koordinatensystem

Strecken und Winkel im Dreieck