Trigonometrie: Unterschied zwischen den Versionen

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(→‎Matura-Aufgaben)
(→‎Quiz: Sinus und Cosinus für Winkel >90° (AG 4.2))
 
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= Was lernst du hier? =
 
= Was lernst du hier? =
  
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In der Trigonometrie beschäftigen wir uns mit Dreiecken  (tri-gono-metrie = drei-ecks-messung)
 
  
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Die folgende Seite ist in 5 Theorieabschnitte gegliedert, die das Lernen erleichtern sollen:
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<br> In der Trigonometrie beschäftigen wir uns mit Dreiecken  (Tri-gono-metrie = Drei-ecks-messung)
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# {{#switchtablink:Grundwissen - Das rechtwinklige Dreieck | Grundwissen - Das rechtwinklige Dreieck}}: Hier lernst du die Grundbegriffe und Grundrechnungen kennen.  
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# {{#switchtablink:Vermessungsaufgaben|Vermessungsaufgaben}}, in denen du das Gelernte in Anwendungsbeispielen verwenden kannst.
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Die folgende Seite ist in $5$ Theorieabschnitte gegliedert, die das Lernen erleichtern sollen:
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# {{#switchtablink:Vertiefung: Betrachtungen im Einheitskreis | Vertiefung: Betrachtungen im Einheitskreis}}: In diesem Abschnitt lernst du das Bogenmaß und den Einheitskreis kennen.  
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# {{#switchtablink:Grundwissen - Das rechtwinklige Dreieck | Grundwissen - Das rechtwinklige Dreieck}}: Hier lernst du die Grundbegriffe und Grundrechnungen im rechtwinkligen Dreieck kennen.  
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# {{#switchtablink:Trigonometrische Funktionen | Trigonometrische Funktionen}}: Hier lernst du die typischen Graphen der Sinus-, Cosinus und Tangensfunktion kennen.  
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# {{#switchtablink:Vermessungsaufgaben|Vermessungsaufgaben}}, in denen du das zuvor Gelernte in Anwendungsbeispielen verwenden kannst.
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# {{#switchtablink:Vertiefung - Betrachtungen im Einheitskreis | Vertiefung: Betrachtungen im Einheitskreis}}: In diesem Abschnitt lernst du das Bogenmaß und den Einheitskreis kennen.  
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# {{#switchtablink:Trigonometrische Funktionen | Trigonometrische Funktionen}}: Hier lernst du die typischen Graphen der Sinus-, Cosinus- und Tangensfunktion kennen.  
 
# {{#switchtablink:Das allgemeine Dreieck - Sinussatz und Cosinussatz | Das allgemeine Dreieck}}, indem du lernst, in Dreiecken, die keinen rechten Winkel haben, mit dem Sinus- und dem Cosinussatz zu rechnen.
 
# {{#switchtablink:Das allgemeine Dreieck - Sinussatz und Cosinussatz | Das allgemeine Dreieck}}, indem du lernst, in Dreiecken, die keinen rechten Winkel haben, mit dem Sinus- und dem Cosinussatz zu rechnen.
  
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Die letzten beiden Kapitel bestehen aus einer {{#switchtablink:#Formelsammlung | Zusammenfassung der hier verwendeten Formeln}} und {{#switchtablink:Matura-Aufgaben | Matura-Aufgaben}}.
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Die letzten beiden Kapitel bestehen aus einer {{#switchtablink:Formelsammlung und Quiz| Zusammenfassung der hier verwendeten Formeln}} und {{#switchtablink:Matura-Aufgaben | Matura-Aufgaben}}.
  
 
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[[Datei:RechtwDreieck.png|thumb|right|350px|rechtwinkliges Dreieck]]
 
[[Datei:RechtwDreieck.png|thumb|right|350px|rechtwinkliges Dreieck]]
  
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Gegeben ist ein rechtwinkliges Dreieck (= Dreieck mit einem 90°-Winkel).
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Gegeben ist ein rechtwinkliges Dreieck ($=$ Dreieck mit einem $90°$-Winkel).
  
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* Die längste Seite im rechtwinkligen Dreieck heißt '''Hypotenuse'''. Sie ist '''IMMER gegenüber vom rechten Winkel'''.
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* Die längste Seite im rechtwinkligen Dreieck heißt '''Hypotenuse'''. Sie ist '''IMMER gegenüber vom rechten Winkel'''. <br>
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* Die beiden kürzere Seiten heißen '''Katheten'''. Ausgehend vom Winkel $\beta$ (siehe Skizze) können die beiden Katheten folgendermaßen unterschieden werden:
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: * die <span style="background-color:#FF6347"> Gegenkathete GK </span> liegt $\beta$ gegenüber
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* Die beiden kürzeren Seiten heißen '''Katheten'''. Ausgehend vom Winkel $\beta$ (siehe Skizze) können die beiden Katheten folgendermaßen unterschieden werden:
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: * die <span style="background-color:#6495ED"> Ankathete AK </span> liegt an $\beta$ an.
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: * Die <span style="background-color:#FF6347"> Gegenkathete GK </span> liegt $\beta$ gegenüber.
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: * Die <span style="background-color:#6495ED"> Ankathete AK </span> liegt an $\beta$ an.
 
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'''Wichtig:''' Beachte, dass es immer vom ausgehenden Winkel abhängt, welche Kathete die Gegenkathete (gegenüber dem Winkel) und welche Kathete die Ankathete (dem Winkel anliegend) ist!
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* Der Sinus eines Winkels $\alpha$ ist definiert als das Verhältnis von GK zu H
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* Der Sinus eines Winkels $\alpha$ ist definiert als das Verhältnis von GK zu H:
 
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$\ \mathbf{sin\ \alpha = \frac{GK}{H}}$
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$\ \ \ \mathbf{sin\ \alpha = \frac{GK}{H}}$
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* Der Cosinus eines Winkels $\alpha$ ist definiert als das Verhältnis von AK zu H
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* Der Cosinus eines Winkels $\alpha$ ist definiert als das Verhältnis von AK zu H:
 
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$\ \mathbf{cos\ \alpha = \frac{AK}{H}}$
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$\ \ \ \mathbf{cos\ \alpha = \frac{AK}{H}}$
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* Der Tangens eines Winkels $\alpha$ ist definiert als das Verhältnis von GK zu AK
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* Der Tangens eines Winkels $\alpha$ ist definiert als das Verhältnis von GK zu AK:
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$\ \mathbf{tan\ \alpha = \frac{GK}{AK}}$
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$\ \ \ \mathbf{tan\ \alpha = \frac{GK}{AK}}$
 
 
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| [[Grün: Arbeitsblätter | <span style="background-color:#00CD00">  $Aha!$ </span>]] Das folgende Arbeitsblatt zeigt dir, dass diese Verhältnisse (Sinus, Cosinus und Tangens) nur vom Winkel abhängen, nicht aber von der Größe des Dreiecks.
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|<ggb_applet width="900" height="460" version="5.0" id="cpbVMvaW" />
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| Sollte das Arbeitsblatt nicht funktionieren, klicke [http://www.geogebratube.org/student/m133029 hier].
 
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[[Grün: Arbeitsblätter | <span style="background-color:#00CD00"> $Aha!$ </span>]]
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Das Besondere ist, dass diese Verhältnisse nur vom Winkel abhängen, nicht aber von der Größe des Dreiecks! Dies kannst du in
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:[http://www.geogebratube.org/student/m133029 diesem Arbeitsblatt überprüfen].
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| <span style="background-color:#00FFFF"> '''Wichtig:''' </span>    Sinus, Cosinus und Tangens gelten nur im '''rechtwinkligen Dreieck'''!
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| <span style="background-color:#00FFFF"> '''Wichtig:''' </span>    Sinus, Cosinus und Tangens gelten nur im '''rechtwinkligen Dreieck'''.
 
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== Steigung und Steigungswinkel ==
 
== Steigung und Steigungswinkel ==
 
[[Datei:Steigung11.png|thumb|right|450px|Steigung und Steigungswinkel]]
 
[[Datei:Steigung11.png|thumb|right|450px|Steigung und Steigungswinkel]]
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Aus dem Kapitel [[Lineare Funktionen]] wissen wir bereits, dass die Steigung $k=\frac{Höhenunterschied}{Längenunterschied}$ die Steigung angibt. Betrachtet man die folgende Skizze, so kann folgender Zusammenhang festgestellt werden:
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Aus dem Kapitel [[Lineare Funktionen]] wissen wir bereits, dass $k=\frac{Höhenunterschied}{Längenunterschied}$ die Steigung angibt. Betrachtet man die folgende Skizze, so kann folgender Zusammenhang festgestellt werden:
  
 
$$k=\frac{Höhenunterschied}{Längenunterschied}=\frac{GK}{AK}=\tan \alpha$$
 
$$k=\frac{Höhenunterschied}{Längenunterschied}=\frac{GK}{AK}=\tan \alpha$$
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| $$k=\tan \alpha$$
 
| $$k=\tan \alpha$$
 
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Mit dieser Formel kann nun einfach zwischen der (prozentuellen) Steigung und dem Steigungswinkel gewechselt werden:
 
Mit dieser Formel kann nun einfach zwischen der (prozentuellen) Steigung und dem Steigungswinkel gewechselt werden:
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{{Vorlage:Beispiel|1=Eine $10 m$ lange Rampe legt einen Höhenunterschied von $1.4 m$ zurück. <br />
  
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<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:800px">
 
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<span style="color:#A020F0> '''Musterbeispiel''' </span>
 
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<div class="mw-collapsible-content"> Eine 10 m lange Rampe legt einen Höhenunterschied von 1.4 m zurück.
 
 
- Fertigen Sie eine Skizze und zeichnen Sie die angegebenen Größen ein.  
 
- Fertigen Sie eine Skizze und zeichnen Sie die angegebenen Größen ein.  
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- Bestimmen Sie <br>
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$\qquad \qquad \quad$ a) den Steigungswinkel. <br>
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$\qquad \qquad \quad$ b) die prozentuelle Steigung.
  
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- Bestimmen Sie
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|2=
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* a) den Steigungswinkel
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* b) die prozentuelle Steigung
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<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:800px">
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<span style="color:#A020F0> '''Lösung''' </span>
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<div class="mw-collapsible-content">
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[[Datei:Steigungsbsp.png|thumb|right|400px|Skizze der Rampe]]
 
[[Datei:Steigungsbsp.png|thumb|right|400px|Skizze der Rampe]]
 
a) Berechnung des Steigungswinkels:
 
a) Berechnung des Steigungswinkels:
  
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$\sin\ \alpha° = \frac{GK}{H}=\frac{1.4}{10}$   |[[Arkusfunktionen | im TR: $sin^{-1}$]]
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$\sin\ \alpha = \frac{GK}{H}=\frac{1.4}{10}\ \ \ \  \vert $[[Arkusfunktionen | im TR: $sin^{-1}$]]
  
 
$\alpha = 8.05°$
 
$\alpha = 8.05°$
  
  
−
 
+
b) Mithilfe der Formel $k=\tan \alpha$ können wir die prozentuelle Steigung auch ohne den Längenunterschied (in der Skizze die blaue Strecke) berechnen:
−
b) Mithilfe der Formel $k=\tan\ \alpha$ können wir die prozentuelle Steigung auch ohne den Längenunterschied (in der Skizze die blaue Strecke) berechnen:
+
 
$$k=\ tan\ \alpha$$
 
$$k=\ tan\ \alpha$$
 
$$k=\tan \ 8.05°$$
 
$$k=\tan \ 8.05°$$
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$$k=0.14=14 \ \%$$
+
$$k=0.14=14 \%$$
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A: Die Steigung beträgt 14 %.  
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A: Die Steigung beträgt $14 \%$.  
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== Übungen im Rechtwinkligen Dreieck ==
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== Übungen im rechtwinkligen Dreieck ==
  
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* [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter| <span style="background-color:#FF3E96">  ? </span>]]: [http://www.mathe-online.at/tests/wfun/defWfun.html Online-Übung zur Überprüfung, ob die richtige Formel verwendet wurde]
+
* [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter| <span style="background-color:#FF3E96">  ? </span>]]: [http://www.mathe-online.at/tests/wfun/defWfun.html Online-Übungen zur Überprüfung, ob die richtige Formel verwendet wurde]
  
−
* [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter| <span style="background-color:#FF3E96">  ? </span>]]: [http://www.realmath.de/Neues/10zwo/trigo/winkelfunktionen2.html Weitere Übung zur Überprüfung der Formel]
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* [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter| <span style="background-color:#FF3E96">  ? </span>]]: [http://www.realmath.de/Neues/10zwo/trigo/winkelfunktionen2.html Weitere Übungen zur Überprüfung der Formel]
  
 
* [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter| <span style="background-color:#FF3E96">  ? </span>]]: [http://www.realmath.de/Neues/10zwo/trigo/winkelfunktionen.html Und noch eine Übung dazu]
 
* [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter| <span style="background-color:#FF3E96">  ? </span>]]: [http://www.realmath.de/Neues/10zwo/trigo/winkelfunktionen.html Und noch eine Übung dazu]
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* [http://members.chello.at/gut.jutta.gerhard/kurs/rechtw.htm Rechenbeispiele von Jutta Gut (mit Lösungen)]
 
* [http://members.chello.at/gut.jutta.gerhard/kurs/rechtw.htm Rechenbeispiele von Jutta Gut (mit Lösungen)]
  
−
* [http://matura.marienberg.at/images/0/04/Aufgaben_zu_den_Themen_rechtw_Dreieck_und_Einheitskreis.pdf Aufgabenblatt mit Textaufgaben samt Lösungen]
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* [https://www1.vobs.at/maturawiki/images/0/04/Aufgaben_zu_den_Themen_rechtw_Dreieck_und_Einheitskreis.pdf Aufgabenblatt mit Textaufgaben (mit Lösungen)]
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= Vermessungsaufgaben =
 
= Vermessungsaufgaben =
 
== Vermessungsaufgaben ==
 
== Vermessungsaufgaben ==
 
=== Begriffe ===
 
=== Begriffe ===
  
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[[Datei:Höhen- und Tiefenwinkel.gif|right]]
+
[[Datei:Höhen- und Tiefenwinkel.gif|right|thumb|Blick des Auges (links) auf ein Objekt]]
  
 
* '''Höhenwinkel'''
 
* '''Höhenwinkel'''
−
Der Höhenwinkel ist der Winkel zwischen der Horizontalen (= waagrechte Gerade) und "dem Blick in die Höhe".  
+
Der Höhenwinkel ist der Winkel zwischen der Horizontalen ($=$ waagrechte Gerade) und „dem Blick in die Höhe“.  
  
  
 
* '''Tiefenwinkel'''
 
* '''Tiefenwinkel'''
−
Der Tiefenwinkel ist der Winkel zwischen der Horizontalen (= waagrechte Gerade) und "dem Blick in die Tiefe".  
+
Der Tiefenwinkel ist der Winkel zwischen der Horizontalen ($=$ waagrechte Gerade) und „dem Blick in die Tiefe“.  
  
  
 
* '''Sehwinkel'''
 
* '''Sehwinkel'''
−
Der Sehwinkel ist das Objekt (in der rechten Abbildung die senkrechte Strecke) "einfängt".
+
Der Sehwinkel ist jener Winkel, der das Objekt (in der rechten Abbildung die senkrechte Strecke) „einfängt“.
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=== Beispiele ===
 
=== Beispiele ===
  
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* [http://members.chello.at/gut.jutta.gerhard/kurs/verm.htm Beispiele zu den Vermessungsaufgaben von Jutta Gut (samt Lösungen)]
+
* [http://members.chello.at/gut.jutta.gerhard/kurs/verm.htm Beispiele zu den Vermessungsaufgaben von Jutta Gut (mit Lösungen)]
  
  
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| <div class="testbutton-blue"> {{#switchtablink:Vertiefung: Betrachtungen im Einheitskreis|$\rightarrow$ nächste Seite ...}} </div>
 
| <div class="testbutton-blue"> {{#switchtablink:Vertiefung: Betrachtungen im Einheitskreis|$\rightarrow$ nächste Seite ...}} </div>
 
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[[Datei:Winkel- und Bogenmaß1.png|thumb|right|500px|Einheitskreis mit Winkel in Grad- und Bogenmaß]]
 
[[Datei:Winkel- und Bogenmaß1.png|thumb|right|500px|Einheitskreis mit Winkel in Grad- und Bogenmaß]]
  
−
Der '''Einheitskreis''' ist ein Kreis mit Radius r=1. Sein Umfang beträgt  
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Der '''Einheitskreis''' ist ein Kreis mit Radius $r=1$. Sein Umfang beträgt  
 
$$U=2\cdot r\cdot \pi=2\cdot 1\cdot \pi=2\pi$$
 
$$U=2\cdot r\cdot \pi=2\cdot 1\cdot \pi=2\pi$$
 
   
 
   
−
Legt man durch den Mittelpunkt des Einheitskreises das Koordinatensystem, so kann man den Winkel zwischen der positiven x-Achse und einem beliebig eingezeichneten Radius auf zwei Arten bestimmen:
+
Legt man durch den Mittelpunkt des Einheitskreises das Koordinatensystem, so kann man den Winkel zwischen der positiven $x$-Achse und einem beliebig eingezeichneten Radius auf zwei Arten bestimmen:
  
  
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So haben wir bis jetzt immer Winkel gemessen.  
 
So haben wir bis jetzt immer Winkel gemessen.  
  
−
* Eine volle Umdrehung hat 360°
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* Eine volle Umdrehung hat $360°$.
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* Eine halbe Umdrehung hat 180°
+
* Eine halbe Umdrehung hat $180°$.
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'''2) Bogenmaß (abgekürzt $rad$ für engl. radian)'''
 
'''2) Bogenmaß (abgekürzt $rad$ für engl. radian)'''
  
−
Anstelle der Grad kann auch die Länge des Kreisbogens r (siehe Skizze) bestimmt werden.  
+
Anstelle der Grad kann auch die Länge des Kreisbogens $r$ (siehe Skizze) bestimmt werden.  
  
−
* Bei einer vollen Umdrehung hat r die Länge $2\cdot \pi$ (=Umfang des Einheitskreises, siehe oben). Somit beträgt der Winkel $2\pi\ rad$.  
+
* Bei einer vollen Umdrehung hat $r$ die Länge $2\cdot \pi$ ($=$ Umfang des Einheitskreises, siehe oben). Somit beträgt der Winkel $2\pi\ rad$.  
−
* Eine halbe Umdrehung entspricht dem Winkel $\pi$ rad.
+
* Eine halbe Umdrehung entspricht dem Winkel $\pi$ $rad$.
  
  
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[[Grün: Arbeitsblätter | <span style="background-color:#00CD00">  $Aha!$ </span>]]: Das folgende Arbeitsblatt hilft dir, den Zusammenhang von Bogenmaß und Gradmaß zu verstehen
  
−
[[Grün: Arbeitsblätter | <span style="background-color:#00CD00">  $Aha!$ </span>]]: Hier findest du ein
+
<ggb_applet width="700" height="320" version="5.0" id="H9XgGrPX" />  
−
[http://www.geogebratube.org/student/m133394  Arbeitsblatt, das dir den Zusammenhang besser erklärt].  
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Sollte das Applet nicht funktionieren, klicke [http://www.geogebratube.org/student/m133394  hier].  
  
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| $$ 360°\ \ \ - \ \ \ 2\pi \textrm{ rad}$$
 
| $$ 360°\ \ \ - \ \ \ 2\pi \textrm{ rad}$$
 
$$ \alpha°\ \ \ - \ \ \ \alpha \textrm{ rad}$$
 
$$ \alpha°\ \ \ - \ \ \ \alpha \textrm{ rad}$$
−
Wobei entweder $\alpha°$ (der Winkel in Gradmaß) oder $\alpha$ rad (der Winkel in Gradmaß) gegeben ist.
+
Wobei entweder $\alpha°$ (der Winkel in Gradmaß) oder $\alpha$ rad (der Winkel in Bogenmaß) gegeben ist.
 
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$$\rightarrow \ \alpha \textrm{ rad}=\frac{90\cdot 2\pi}{360}=\frac{\pi}{2} \textrm{ rad}$$
 
$$\rightarrow \ \alpha \textrm{ rad}=\frac{90\cdot 2\pi}{360}=\frac{\pi}{2} \textrm{ rad}$$
  
−
A: 90° entsprechen in Bogenmaß $\frac{\pi}{2} \textrm{ rad}$
+
A: $90°$ entsprechen in Bogenmaß $\frac{\pi}{2} \textrm{ rad}$.
  
 
b) Bogen- in Gradmaß:
 
b) Bogen- in Gradmaß:
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$$\rightarrow \ \alpha°=\frac{360\cdot \frac{\pi}{3}}{2\pi}=60°$$
 
$$\rightarrow \ \alpha°=\frac{360\cdot \frac{\pi}{3}}{2\pi}=60°$$
  
−
A: $\frac{\pi}{3}$ rad entsprechen 60°
+
A: $\frac{\pi}{3}$ rad entsprechen $60°$.
 
</div>
 
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* Der Sinus entspricht der Länge der rot markierten Stecke = y-Koordinate des Punktes auf dem Einheitskreis.
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* Der Sinus entspricht der Länge der rot markierten Stecke $= y$-Koordinate des Punktes auf dem Einheitskreis.
  
−
* Der Cosinus entspricht der Länge der blau markierten Stecke = x-Koordinate des Punktes auf dem Einheitskreis.
+
* Der Cosinus entspricht der Länge der blau markierten Stecke $= x$-Koordinate des Punktes auf dem Einheitskreis.
  
−
* Der Tangens entspricht der Länge des [[Tangente | Tangentenabschnittes]] der Tangente durch den Punkt (1,0).
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* Der Tangens entspricht der Länge des [[Tangente | Tangentenabschnittes]] der Tangente durch den Punkt $(1,0)$.
  
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'''für den Sinus:'''
 
'''für den Sinus:'''
−
Betrachte das rechtwinklige Dreieck im Einheitskreis. Die Hypotenuse ist der Radius und hat somit die Länge 1. Die Länge der $\color{red}{\textrm{roten Strecke}}$ ist von $\alpha$ aus gesehen die Gegenkathete GK.  
+
Betrachte das rechtwinklige Dreieck im Einheitskreis. Die Hypotenuse ist der Radius und hat somit die Länge $1$. Die Länge der $\color{red}{\textrm{roten Strecke}}$ ist von $\alpha$ aus gesehen die Gegenkathete GK.  
  
 
Zu zeigen ist nun:  
 
Zu zeigen ist nun:  
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−
Der Beweis für den Cosinus funktioniert analog. Für den Tangens muss das große Dreieck mit AK=1 betrachtet werden.  
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Der Beweis für den Cosinus funktioniert analog. Für den Tangens muss das große Dreieck mit AK $=1$ betrachtet werden.  
  
 
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</div>
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[[Grün: Arbeitsblätter | <span style="background-color:#00CD00">  $Aha!$ </span>]]: Mit dem folgenden [http://www.geogebratube.org/student/m133494 Arbeitsblatt] kannst du dein Verständnis vertiefen.
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[[Grün: Arbeitsblätter | <span style="background-color:#00CD00">  $Aha!$ </span>]]: Das folgende Arbeitsblatt zeigt dir den Zusammenhang von Sinus, Cosinus und Tangens im Einheitskreis:
−
 
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<ggb_applet width="700" height="500" version="5.0" id="NngvpTKr" />
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Sollte das Applet nicht funktionieren, klicke [https://www.geogebra.org/m/NngvpTKr hier].
 
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====Wichtige Werte====
 
====Wichtige Werte====
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Die folgende Tabelle gibt Werte für Sinus, Cosinus und Tangens an, die du nun auch ohne technische Unterstützung, allein durch die Vorstellung vom Einheitskreis, wissen solltest. Das [http://www.geogebratube.org/student/m133494 obige Arbeitsblatt] sollte dir dabei helfen:
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Die folgende Tabelle gibt Werte für Sinus, Cosinus und Tangens an, die du nun auch ohne technische Unterstützung, allein durch die Vorstellung vom Einheitskreis, wissen solltest. Das [https://www.geogebra.org/m/NngvpTKr obige Arbeitsblatt] sollte dir dabei helfen:
  
 
{| border="1" align="center"
 
{| border="1" align="center"
Zeile 371: Zeile 377:
 
| Tangens
 
| Tangens
 
|-
 
|-
−
| Gradmaß: 90°
+
| Gradmaß: $90°$
 
Bogenmaß:$\frac{\pi}{2}$ rad
 
Bogenmaß:$\frac{\pi}{2}$ rad
−
| 1
+
| $1$
−
| 0
+
| $0$
 
| nicht definiert
 
| nicht definiert
 
|-
 
|-
−
| 180°
+
| $180°$
 
$\pi$ rad
 
$\pi$ rad
−
| 0
+
| $0$
−
| -1
+
| $-1$
−
| 0
+
| $0$
 
|-
 
|-
−
| 270°
+
| $270°$
 
$\frac{3\pi}{2}$ rad
 
$\frac{3\pi}{2}$ rad
−
| -1
+
| $-1$
−
| 0
+
| $0$
 
| nicht definiert
 
| nicht definiert
 
|-
 
|-
−
| 0° und 360°
+
| $0°$ und $360°$
 
0 rad und $2\pi$ rad
 
0 rad und $2\pi$ rad
−
| 0
+
| $0$
−
| 1
+
| $1$
−
| 0
+
| $0$
 
|}
 
|}
  
Zeile 405: Zeile 411:
 
<br>
 
<br>
 
<br>
 
<br>
 +
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 +
<br>
 +
 
= Trigonometrische Funktionen =
 
= Trigonometrische Funktionen =
 
== Trigonometrische Funktionen ==
 
== Trigonometrische Funktionen ==
 
Trägt man ausgehend vom Einheitskreis die Werte des Sinus in Abhängigkeit der Bogenlänge ab, so erhält man die Sinusfunktion. Analog funktioniert dies für die Cosinus- und Tangensfunktion, wie das folgende Applet zeigt:
 
Trägt man ausgehend vom Einheitskreis die Werte des Sinus in Abhängigkeit der Bogenlänge ab, so erhält man die Sinusfunktion. Analog funktioniert dies für die Cosinus- und Tangensfunktion, wie das folgende Applet zeigt:
  
−
 
+
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−
 
+
  
 
{| border=1  
 
{| border=1  
 
| '''Was ist zu tun?'''
 
| '''Was ist zu tun?'''
−
Verschiebe im linken Graphikfenster den Punkt auf dem Kreis (oder klicke links unten auf den "Play"-Butten. Im rechten Graphikfenster wird der Sinus in Abhängigkeit vom Winkel (in Bogenmaß) abgetragen und es entsteht die typische Sinusfunktion. Versuche dies anschließend auch mit der Cosinus- und Tangensfunktion, indem du im rechten Graphikfenster das entsprechende Kästchen anklickst.
+
Verschiebe im linken Grafikfenster den Punkt auf dem Kreis (oder klicke links unten auf den „Play“-Button. Im rechten Grafikfenster wird der Sinus in Abhängigkeit vom Winkel (in Bogenmaß) abgetragen und es entsteht die typische Sinusfunktion. Versuche dies anschließend auch mit der Cosinus- und Tangensfunktion, indem du im rechten Grafikfenster das entsprechende Kästchen anklickst.
 
|-
 
|-
 
|
 
|
 
<ggb_applet width="1000" height="450" version="5.0" id="MTpgg4kV" />
 
<ggb_applet width="1000" height="450" version="5.0" id="MTpgg4kV" />
 
|-
 
|-
−
| Falls dieses Applet nicht funktioniert, [http://www.geogebratube.org/student/m133564 klicke hier]
+
| Falls dieses Applet nicht funktioniert, [https://www.geogebra.org/m/MTpgg4kV klicke hier]
 
|}
 
|}
  
 +
<br/>
 +
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 +
<br/>
 +
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 +
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 +
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 +
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 +
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 +
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 +
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 +
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 +
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 +
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 +
<br/>
 +
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 +
<br/>
  
 +
=== Sinusfunktion $f(x)=\sin(x)$ ===
  
−
 
+
Stellt man den Sinus in Abhängigkeit vom Winkel graphisch dar, indem man auf der $x$-Achse den Winkel in Bogenmaß und auf der $y$-Achse den zugehörigen Sinuswert angibt, so entsteht der folgende Graph:
−
 
+
<br>
−
=== Sinusfunktion $f(x)=\sin \ x$ ===
+
−
 
+
−
Stellt man den Sinus in Abhängigkeit vom Winkel graphisch dar, indem man auf der x-Achse den Winkel in Bogenmaß und auf der y-Achse den zugehörigen Sinuswert angibt, so entsteht der folgende Graph:
+
  
 
  [[Datei:Sinusfunktion.png|thumb|center|700px|Graph der Sinusfunktion mit Kennzeichnung der Periodenlänge von $2\pi$]]
 
  [[Datei:Sinusfunktion.png|thumb|center|700px|Graph der Sinusfunktion mit Kennzeichnung der Periodenlänge von $2\pi$]]
−
 
  
 
<br>
 
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<br>
 +
===Cosinusfunktion $f(x)=\cos(x)$ ===
 +
Der Graph der Cosinusfunktion hat die folgende Form:
 
<br>
 
<br>
−
 
−
===Cosinusfunktion $f(x)=\cos \ x$ ===
 
−
Der Graph der Cosinusfunktion hat die folgende Form:
 
  
 
  [[Datei:Cosfunktion.png|thumb|center|700px|Graph der Cosinusfunktion mit Kennzeichnung der Periodenlänge von $2\pi$]]
 
  [[Datei:Cosfunktion.png|thumb|center|700px|Graph der Cosinusfunktion mit Kennzeichnung der Periodenlänge von $2\pi$]]
Zeile 444: Zeile 464:
 
<br>
 
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<br>
 
<br>
 +
===Tangensfunktion $f(x)=\tan(x)$ ===
 +
Der Graph der Tangensfunktion hat die folgende Form:
 
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−
===Tangensfunktion $f(x)=\tan\ x$ ===
+
  [[Datei:Tangensfkt1.png|thumb|center|700px|Graph der Tangensfunktion samt den Asymptoten (rot) und der Kennzeichnung der Periodenlänge von $\pi$]]
−
Der Graph der Tangensfunktion hat die folgende Form:
+
−
 
+
−
  [[Datei:Tangensfkt1.png|thumb|center|700px|Graph der Tangensfunktion samt den asymptoten (rot) und der Kennzeichnung der Periodenlänge von $\pi$]]
+
−
 
+
−
 
+
−
 
+
  
  
Zeile 461: Zeile 477:
 
<div class="mw-collapsible-content">  
 
<div class="mw-collapsible-content">  
  
−
# Periodizität: Die Werte der Trigonometrischen Funktionen wiederholen sich in regelmäßigen Abständen.  
+
# Periodizität: Die Werte der trigonometrischen Funktionen wiederholen sich in regelmäßigen Abständen.  
−
# Beschränktheit: Sinus- und Cosinusfunktion haben die [[Wertemenge]] $W=[-1;1]$. Anders formuliert: es gilt für alle x: $$|sin(x)|\leq 1$$ und $$|cos(x)|\leq 1 $$ (Hinweis: Hier wurde der [[Betrag einer Zahl (1.6.) | Betrag]] verwendet.)
+
# Beschränktheit: Sinus- und Cosinusfunktion haben die [[Wertemenge]] $\mathbb{W}=[-1;1]$. Anders formuliert: es gilt für alle $x$: $$|\sin(x)|\leq 1$$ und $$|\cos(x)|\leq 1 $$ (Hinweis: Hier wurde der [[Betrag einer Zahl (1.6.) | Betrag]] verwendet.)
 
# Der Tangens ist unbeschränkt (geht nach $-\infty$ und $+\infty$) und hat unendlich viele vertikale Asymptoten im Abstand von $\frac{\pi}{2}$.
 
# Der Tangens ist unbeschränkt (geht nach $-\infty$ und $+\infty$) und hat unendlich viele vertikale Asymptoten im Abstand von $\frac{\pi}{2}$.
 
# Wichtige Funktionswerte (Nullstellen, Hoch- und Tiefpunkte) können bereits aus der [[Trigonometrie (2.12 und 3.10)#Wichtige Werte | Tabelle zum Einheitskreis]] herausgelesen werden.
 
# Wichtige Funktionswerte (Nullstellen, Hoch- und Tiefpunkte) können bereits aus der [[Trigonometrie (2.12 und 3.10)#Wichtige Werte | Tabelle zum Einheitskreis]] herausgelesen werden.
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</div>
 
</div>
  
−
== Manipulation der Sinusfunktion ==
+
<br>
−
[https://www.geogebra.org/m/WURqK234#material/NMPr7jMc Dieses GeoGebra-Applet] zeigt dir die wichtigsten Parameter, um den Graphen einer Sinusfunktion zu verändern.  
+
<br>
 +
 
 +
== Bedeutung der Parameter - Manipulation der Sinusfunktion ==
 +
[https://www.geogebra.org/m/dntw968b Dieses GeoGebra-Applet] zeigt dir die wichtigsten Parameter, um den Graphen einer Sinusfunktion oder einer Cosinusfunktion zu verändern.  
  
  
Zeile 480: Zeile 499:
 
<br>
 
<br>
 
<br>
 
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−
 
−
 
−
 
  
 
= Das allgemeine Dreieck - Sinussatz und Cosinussatz =
 
= Das allgemeine Dreieck - Sinussatz und Cosinussatz =
 
== Das allgemeine Dreieck - Sinussatz und Cosinussatz ==
 
== Das allgemeine Dreieck - Sinussatz und Cosinussatz ==
−
<span style="color:#A020F0> <span style="background-color:yellow"> Wichtig: </span>  Der folgende Abschnitt ist für die schriftliche Matura nur in folgenden Schulzeweigen relevant:
+
<span style="color:#A020F0> <span style="background-color:yellow"> Wichtig: </span>  Der folgende Abschnitt ist für die schriftliche Matura nur in folgenden Schulzweigen relevant:
−
* [[Kompetenzen Teil B: HTL|HTL (Teil B)]]
+
* [[Grundkompetenzen Teil B (HTL)|HTL (Teil B)]]
 
* [[Kompetenzen Teil B: BAKIP/BASOP|BAKIP/BASOP (Teil B)]]  
 
* [[Kompetenzen Teil B: BAKIP/BASOP|BAKIP/BASOP (Teil B)]]  
−
Allerdings helfen dir die hier beschriebenen Formeln, gewisse Beispiele schneller und einfacher zu berechnen. Daneben könnte dieser Abschnitt auch bei der mündlichen Matura zum Stoffgebiet gehören (Informationen dazu gibt dir deine Lehrperson) </span>
+
Allerdings helfen dir die hier beschriebenen Formeln, gewisse Beispiele schneller und einfacher zu berechnen. Daneben könnte dieser Abschnitt auch bei der mündlichen Matura zum Stoffgebiet gehören (Informationen dazu gibt dir deine Lehrperson). </span>
−
 
+
−
 
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[[Datei:AllgDreieck.png|thumb|right|400px|allgemeines Dreieck]]
 
[[Datei:AllgDreieck.png|thumb|right|400px|allgemeines Dreieck]]
−
 
  
 
Unter allgemeinen Dreiecken versteht man Dreiecke, die nicht über einen rechten Winkel verfügen müssen.  
 
Unter allgemeinen Dreiecken versteht man Dreiecke, die nicht über einen rechten Winkel verfügen müssen.  
Zeile 507: Zeile 521:
  
  
 +
Im allgemeinen Dreieck braucht man immer $3$ bekannte Größen, um eine vierte zu berechnen! (Im rechtwinkligen Dreieck reichten uns dank dem rechten Winkel zwei zusätzlich Größen, um eine weitere zu berechnen).
  
−
Im allgemeinen Dreieck braucht man immer 3 bekannte Größen, um eine vierte zu berechnen! (Im rechtwinkligen Dreieck reichten uns dank dem rechten Winkel zwei zusätzlich Größen, um eine weitere zu berechnen).
 
−
 
−
 
−
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Zeile 526: Zeile 536:
 
2. der gegenüberliegende Winkel '''und'''  
 
2. der gegenüberliegende Winkel '''und'''  
  
−
3. irgend eine andere Seite oder ein anderer Winkel bekannt sind.  
+
3. irgendeine andere Seite oder ein anderer Winkel bekannt sind.  
  
  
Zeile 540: Zeile 550:
  
  
−
 
−
<br>
 
 
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Zeile 549: Zeile 557:
 
|{{#ev:youtube|mMatQ4OM8IU}}
 
|{{#ev:youtube|mMatQ4OM8IU}}
 
|}
 
|}
−
 
−
 
 
Das Video auf der rechten Seite zeigt dir auf musikalische Art und Weise die Herleitung und die Bedeutung des Cosinussatzes:
 
Das Video auf der rechten Seite zeigt dir auf musikalische Art und Weise die Herleitung und die Bedeutung des Cosinussatzes:
−
 
+
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{|  style="color:red;" border="1" align="center"
 
{|  style="color:red;" border="1" align="center"
 
!| Formeln für den Cosinussatz
 
!| Formeln für den Cosinussatz
Zeile 566: Zeile 573:
 
Der Cosinussatz wird verwendet, wenn im allgemeinen Dreieck:  
 
Der Cosinussatz wird verwendet, wenn im allgemeinen Dreieck:  
  
−
: a) 2 Seiten und der darin eingeschlossene Winkel gegeben ist '''oder'''
+
1. $2$ Seiten und der darin eingeschlossene Winkel gegeben ist '''oder'''
  
−
: b) alle drei Seiten gegeben sind und ein Winkel berechnet werden will.
+
2. alle drei Seiten gegeben sind und ein Winkel berechnet werden will.
  
 
{| border="1" align="center"
 
{| border="1" align="center"
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|}
 
|}
  
−
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−
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Zeile 590: Zeile 595:
 
=== Beispiele ===
 
=== Beispiele ===
  
−
* [http://members.chello.at/gut.jutta.gerhard/kurs/dreiecke.htm Aufgaben zum allgemeinen Dreieck von Jutta Gut (samt Lösungen)]
+
* [http://members.chello.at/gut.jutta.gerhard/kurs/dreiecke.htm Aufgaben zum allgemeinen Dreieck von Jutta Gut (mit Lösungen)]
  
  
Zeile 596: Zeile 601:
 
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<br>
 
{| align="right"
 
{| align="right"
−
| <div class="testbutton-blue"> {{#switchtablink:Formelsammlung |$\rightarrow$ nächste Seite ...}} </div>
+
| <div class="testbutton-blue"> {{#switchtablink:Formelsammlung|$\rightarrow$ nächste Seite ...}} </div>
 
|}
 
|}
  
Zeile 602: Zeile 607:
 
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−
= Formelsammlung und Quiz =
+
=Formelsammlung=
 
== Zusammenfassung der wichtigsten Formeln im rechtwinkligen und im allgemeinen Dreieck ==
 
== Zusammenfassung der wichtigsten Formeln im rechtwinkligen und im allgemeinen Dreieck ==
 +
 +
<br>
 +
 
{| border="1" align="center"
 
{| border="1" align="center"
 
|-
 
|-
 
|
 
|
−
| rechtwinkliges Dreieck
+
| '''Rechtwinkliges Dreieck'''
−
| allgemeines Dreieck
+
| '''Allgemeines Dreieck'''
  
 
|-
 
|-
Zeile 616: Zeile 624:
 
|-
 
|-
 
| Pythagoras
 
| Pythagoras
−
| $H^2=GK^2+AK^2$
+
| $HYP^2=GK^2+AK^2$
−
| gilt nur im rechtwinkligem Dreieck!
+
| gilt nur im rechtwinkligen Dreieck!
 
|-
 
|-
 
| Flächeninhalt
 
| Flächeninhalt
 
| $A=\frac{GK\cdot AK}{2}$
 
| $A=\frac{GK\cdot AK}{2}$
 
| $A=\frac{a\cdot h_a}{2}=\frac{b\cdot h_b}{2}=\frac{c\cdot h_c}{2}$
 
| $A=\frac{a\cdot h_a}{2}=\frac{b\cdot h_b}{2}=\frac{c\cdot h_c}{2}$
 +
|-
 +
| Sinus
 +
| $\sin \alpha =\frac{GK}{HYP}$
 +
| Diese Formel gilt nur im rechtwinkligen Dreieck!
 +
|-
 +
| Cosinus
 +
| $\cos\alpha =\frac{AK}{HYP}$
 +
| Diese Formel gilt nur im rechtwinkligen Dreieck!
 +
|-
 +
| Tangens
 +
| $\tan\alpha =\frac{GK}{AK}$
 +
| Diese Formel gilt nur im rechtwinkligen Dreieck!
 
|-
 
|-
 
| [[Trigonometrie (2.12 und 3.10)#Sinus- und Cosinussatz im allgemeinen Dreieck| Sinussatz]]
 
| [[Trigonometrie (2.12 und 3.10)#Sinus- und Cosinussatz im allgemeinen Dreieck| Sinussatz]]
Zeile 634: Zeile 654:
 
$c^2=a^2+b^2-2\cdot a\cdot b\cdot \cos\gamma$
 
$c^2=a^2+b^2-2\cdot a\cdot b\cdot \cos\gamma$
 
|}
 
|}
−
 
+
<br />
 +
<br />
  
 
{| align="right"
 
{| align="right"
−
| <div class="testbutton-blue"> {{#switchtablink:Matura-Aufgaben|$\rightarrow$ nächste Seite ...}} </div>
+
| <div class="testbutton-blue"> {{#switchtablink:Beispiele|$\rightarrow$ nächste Seite ...}} </div>
 
|}
 
|}
 
<br />
 
<br />
 
<br />
 
<br />
  
 +
= Beispiele =
 +
 +
== Interaktive Übungen ==
 +
=== Quiz: Sinus, Cosinus und Tangens in rechtwinkligen Dreiecken (AG 4.1) ===
 
{{#widget:Iframe
 
{{#widget:Iframe
−
|url= http://LearningApps.org/watch?v=poyoh7qbn17
+
|url=   https://h5p.org/h5p/embed/755804
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+
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−
|height=  450
+
|height=  700
−
|border=0
+
|border=1
−
}}
+
}}
 +
<br>
 +
 
 +
 
 +
=== Quiz: Sinus und Cosinus für Winkel $>90°$ (AG 4.2) ===
 +
{{#widget:Iframe
 +
|url=  https://h5p.org/h5p/embed/756434
 +
|width=  90%
 +
|height=  700
 +
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 +
}}
 +
<br>
 +
 
 +
=== Quiz: Winkelfunktionen (Sinus- und Cosinusfunktion) (FA 6.1-6.5) ===
 +
 
 +
{{#widget:Iframe
 +
|url=  https://h5p.org/h5p/embed/757389
 +
|width=  90%
 +
|height=  700
 +
|border=1
 +
}}
 +
<br>
  
−
= Matura-Aufgaben =
 
 
== Matura-Aufgaben ==
 
== Matura-Aufgaben ==
  
Zeile 662: Zeile 707:
  
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=150&file=Hochwasserschutz.pdf Hochwasserschutz]  (bifie-Aufgabe: mittel-leicht-schwer-leicht)
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=150&file=Hochwasserschutz.pdf Hochwasserschutz]  (bifie-Aufgabe: mittel-leicht-schwer-leicht)
−
: Siehe auch [[Rechnen mit Termen(2.1.)#Terme und Gleichungen aufstellen | Formeln aufstellen]]
+
: Siehe auch: [[Rechnen mit Termen(2.1.)#Terme und Gleichungen aufstellen | Formeln aufstellen]]
  
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=131&file=Gletschermarathon_Pitztal_-_Imst.pdf Gletschermarathon] (bifie-Aufgabe: mittel)
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=131&file=Gletschermarathon_Pitztal_-_Imst.pdf Gletschermarathon] (bifie-Aufgabe: mittel)
  
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=33&file=Geschwindigkeitskontrolle.pdf Geschwindigkeitskontrolle] (bifie-Aufgabe: leicht)
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=33&file=Geschwindigkeitskontrolle.pdf Geschwindigkeitskontrolle] (bifie-Aufgabe: leicht)
−
:* siehe auch: [[Bewegungsaufgaben - Weg/Geschwindigkeit/Beschleunigung]]
+
: Siehe auch: [[Bewegungsaufgaben - Weg/Geschwindigkeit/Beschleunigung]]
  
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=20&file=Wetterballon.pdf Wetterballon] (bifie-Aufgabe: mittel-leicht-leicht)
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=20&file=Wetterballon.pdf Wetterballon] (bifie-Aufgabe: mittel-leicht-leicht)
−
: Siehe auch [[Lineare Funktionen]]
+
: Siehe auch: [[Lineare Funktionen]]
  
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=96&file=Wasserverbrauch.pdf Wasserverbrauch] (bifie-Aufgabe: mittel-schwer-leicht)
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=96&file=Wasserverbrauch.pdf Wasserverbrauch] (bifie-Aufgabe: mittel-schwer-leicht)
  
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=120&file=Die_Sonne.pdf Die Sonne] (bifie-Aufgabe: leicht-leicht-mittel)
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=120&file=Die_Sonne.pdf Die Sonne] (bifie-Aufgabe: leicht-leicht-mittel)
−
: Siehe auch: [[Der Logarithmus | Logarithmus]]
+
: Siehe auch: [[Logarithmus |Logarithmus]]
  
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=159&file=Radausflug.pdf Radausflug] (bifie-Aufgabe:mittel-mittel-mittel-leicht)
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=159&file=Radausflug.pdf Radausflug] (bifie-Aufgabe:mittel-mittel-mittel-leicht)
Zeile 694: Zeile 739:
 
: Siehe auch: [[Integration]] und [[Kurvendiskussionen]]
 
: Siehe auch: [[Integration]] und [[Kurvendiskussionen]]
  
−
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [https://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=689&file=Freizeitparadies_Schoeckl.pdf Freizeitpark Schöckl]   
+
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [http://www.mathestunde.at/pool/pdf/Freizeitparadies_Schoeckl-170517.pdf Freizeitparadies Schöckl]   
−
 
+
  
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [https://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=602&file=Am_Fluss.pdf Am Fluss]   
 
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$</span>]]: [https://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=602&file=Am_Fluss.pdf Am Fluss]   

Aktuelle Version vom 24. Januar 2021, 14:11 Uhr


In der Trigonometrie beschäftigen wir uns mit Dreiecken (Tri-gono-metrie = Drei-ecks-messung)

Die folgende Seite ist in $5$ Theorieabschnitte gegliedert, die das Lernen erleichtern sollen:

  1. Grundwissen - Das rechtwinklige Dreieck: Hier lernst du die Grundbegriffe und Grundrechnungen im rechtwinkligen Dreieck kennen.
  2. Vermessungsaufgaben, in denen du das zuvor Gelernte in Anwendungsbeispielen verwenden kannst.
  3. Vertiefung: Betrachtungen im Einheitskreis: In diesem Abschnitt lernst du das Bogenmaß und den Einheitskreis kennen.
  4. Trigonometrische Funktionen: Hier lernst du die typischen Graphen der Sinus-, Cosinus- und Tangensfunktion kennen.
  5. Das allgemeine Dreieck, indem du lernst, in Dreiecken, die keinen rechten Winkel haben, mit dem Sinus- und dem Cosinussatz zu rechnen.

Die letzten beiden Kapitel bestehen aus einer Zusammenfassung der hier verwendeten Formeln und Matura-Aufgaben.



Begriffe

rechtwinkliges Dreieck

Gegeben ist ein rechtwinkliges Dreieck ($=$ Dreieck mit einem $90°$-Winkel).

  • Die längste Seite im rechtwinkligen Dreieck heißt Hypotenuse. Sie ist IMMER gegenüber vom rechten Winkel.
  • Die beiden kürzeren Seiten heißen Katheten. Ausgehend vom Winkel $\beta$ (siehe Skizze) können die beiden Katheten folgendermaßen unterschieden werden:
* Die Gegenkathete GK liegt $\beta$ gegenüber.
* Die Ankathete AK liegt an $\beta$ an.


Wichtig: Beachte, dass es immer vom ausgehenden Winkel abhängt, welche Kathete die Gegenkathete (gegenüber dem Winkel) und welche Kathete die Ankathete (dem Winkel anliegend) ist!




Sinus, Cosinus und Tangens

Definition
Grün rufezeichen.png


  • Der Sinus eines Winkels $\alpha$ ist definiert als das Verhältnis von GK zu H:

$\ \mathbf{sin\ \alpha = \frac{GK}{H}}$

  • Der Cosinus eines Winkels $\alpha$ ist definiert als das Verhältnis von AK zu H:

$\ \mathbf{cos\ \alpha = \frac{AK}{H}}$

  • Der Tangens eines Winkels $\alpha$ ist definiert als das Verhältnis von GK zu AK:

$\ \mathbf{tan\ \alpha = \frac{GK}{AK}}$


$Aha!$ Das folgende Arbeitsblatt zeigt dir, dass diese Verhältnisse (Sinus, Cosinus und Tangens) nur vom Winkel abhängen, nicht aber von der Größe des Dreiecks.
Sollte das Arbeitsblatt nicht funktionieren, klicke hier.


Wichtig: Sinus, Cosinus und Tangens gelten nur im rechtwinkligen Dreieck.



Steigung und Steigungswinkel

Steigung und Steigungswinkel

Aus dem Kapitel Lineare Funktionen wissen wir bereits, dass $k=\frac{Höhenunterschied}{Längenunterschied}$ die Steigung angibt. Betrachtet man die folgende Skizze, so kann folgender Zusammenhang festgestellt werden:

$$k=\frac{Höhenunterschied}{Längenunterschied}=\frac{GK}{AK}=\tan \alpha$$ Somit erhalten wir die Formel:

$$k=\tan \alpha$$


Mit dieser Formel kann nun einfach zwischen der (prozentuellen) Steigung und dem Steigungswinkel gewechselt werden:


Bsp.png

Eine $10 m$ lange Rampe legt einen Höhenunterschied von $1.4 m$ zurück.
- Fertigen Sie eine Skizze und zeichnen Sie die angegebenen Größen ein.
- Bestimmen Sie
$\qquad \qquad \quad$ a) den Steigungswinkel.
$\qquad \qquad \quad$ b) die prozentuelle Steigung.

Skizze der Rampe

a) Berechnung des Steigungswinkels:

$\sin\ \alpha = \frac{GK}{H}=\frac{1.4}{10}\ \ \ \ \vert $ im TR: $sin^{-1}$

$\alpha = 8.05°$


b) Mithilfe der Formel $k=\tan \alpha$ können wir die prozentuelle Steigung auch ohne den Längenunterschied (in der Skizze die blaue Strecke) berechnen: $$k=\ tan\ \alpha$$ $$k=\tan \ 8.05°$$ $$k=0.14=14 \%$$ A: Die Steigung beträgt $14 \%$.



Übungen im rechtwinkligen Dreieck





Vermessungsaufgaben

Begriffe

Blick des Auges (links) auf ein Objekt
  • Höhenwinkel

Der Höhenwinkel ist der Winkel zwischen der Horizontalen ($=$ waagrechte Gerade) und „dem Blick in die Höhe“.


  • Tiefenwinkel

Der Tiefenwinkel ist der Winkel zwischen der Horizontalen ($=$ waagrechte Gerade) und „dem Blick in die Tiefe“.


  • Sehwinkel

Der Sehwinkel ist jener Winkel, der das Objekt (in der rechten Abbildung die senkrechte Strecke) „einfängt“.

Beispiele






Vertiefung: Betrachtungen im Einheitskreis

Gradmaß und Bogenmaß im Einheitskreis

Einheitskreis mit Winkel in Grad- und Bogenmaß

Der Einheitskreis ist ein Kreis mit Radius $r=1$. Sein Umfang beträgt $$U=2\cdot r\cdot \pi=2\cdot 1\cdot \pi=2\pi$$

Legt man durch den Mittelpunkt des Einheitskreises das Koordinatensystem, so kann man den Winkel zwischen der positiven $x$-Achse und einem beliebig eingezeichneten Radius auf zwei Arten bestimmen:


1) Gradmaß (abgekürzt mit °)

So haben wir bis jetzt immer Winkel gemessen.

  • Eine volle Umdrehung hat $360°$.
  • Eine halbe Umdrehung hat $180°$.


2) Bogenmaß (abgekürzt $rad$ für engl. radian)

Anstelle der Grad kann auch die Länge des Kreisbogens $r$ (siehe Skizze) bestimmt werden.

  • Bei einer vollen Umdrehung hat $r$ die Länge $2\cdot \pi$ ($=$ Umfang des Einheitskreises, siehe oben). Somit beträgt der Winkel $2\pi\ rad$.
  • Eine halbe Umdrehung entspricht dem Winkel $\pi$ $rad$.


$Aha!$ : Das folgende Arbeitsblatt hilft dir, den Zusammenhang von Bogenmaß und Gradmaß zu verstehen

Sollte das Applet nicht funktionieren, klicke hier.













Merke
Rotes rufezeichen.png
Die Umrechnung von Grad- in Bogenmaß (und umgekehrt) funktioniert am einfachsten mit einer Schlussrechnung:
$$ 360°\ \ \ - \ \ \ 2\pi \textrm{ rad}$$

$$ \alpha°\ \ \ - \ \ \ \alpha \textrm{ rad}$$ Wobei entweder $\alpha°$ (der Winkel in Gradmaß) oder $\alpha$ rad (der Winkel in Bogenmaß) gegeben ist.


Musterbeispiel

a) Wandeln Sie den Winkel $\alpha=90°$ in Bogenmaß um.

b) Wandeln Sie den Winkel $\alpha=\frac{\pi}{3}$ rad in Gradmaß um.


Lösung


a) Grad- in Bogenmaß: $$ 360°\ \ \ - \ \ \ 2\pi \textrm{ rad}$$ $$ \textbf{90°}\ \ \ - \ \ \ \alpha \textrm{ rad}$$ $$\rightarrow \ \alpha \textrm{ rad}=\frac{90\cdot 2\pi}{360}=\frac{\pi}{2} \textrm{ rad}$$

A: $90°$ entsprechen in Bogenmaß $\frac{\pi}{2} \textrm{ rad}$.

b) Bogen- in Gradmaß: $$ 360°\ \ \ - \ \ \ 2\pi \textrm{ rad}$$ $$ \alpha°\ \ \ - \ \ \ \mathbf{\frac{\pi}{3} \textrm{ rad}}$$ $$\rightarrow \ \alpha°=\frac{360\cdot \frac{\pi}{3}}{2\pi}=60°$$

A: $\frac{\pi}{3}$ rad entsprechen $60°$.



Sinus, Cosinus und Tangens im Einheitskreis

Theorie

Sinus, Cosinus und Tangens können folgendermaßen aus dem Einheitskreis abgelesen werden:

Sinus, Cosinus und Tangens im Einheitskreis


  • Der Sinus entspricht der Länge der rot markierten Stecke $= y$-Koordinate des Punktes auf dem Einheitskreis.
  • Der Cosinus entspricht der Länge der blau markierten Stecke $= x$-Koordinate des Punktes auf dem Einheitskreis.











Begründung:

für den Sinus: Betrachte das rechtwinklige Dreieck im Einheitskreis. Die Hypotenuse ist der Radius und hat somit die Länge $1$. Die Länge der $\color{red}{\textrm{roten Strecke}}$ ist von $\alpha$ aus gesehen die Gegenkathete GK.

Zu zeigen ist nun: $$\sin \ \alpha=\color{red}{\textrm{rote Strecke}}$$


Beweis: $$\sin\ \alpha=\frac{GK}{H}=\frac{\color{red}{\textrm{rote Strecke}}}{1}=\color{red}{\textrm{rote Strecke}}$$ Somit gilt: $$\sin\ \alpha=\color{red}{\textrm{rote Strecke}}$$


Der Beweis für den Cosinus funktioniert analog. Für den Tangens muss das große Dreieck mit AK $=1$ betrachtet werden.



$Aha!$ : Das folgende Arbeitsblatt zeigt dir den Zusammenhang von Sinus, Cosinus und Tangens im Einheitskreis:

Sollte das Applet nicht funktionieren, klicke hier.




















Wichtige Werte

Die folgende Tabelle gibt Werte für Sinus, Cosinus und Tangens an, die du nun auch ohne technische Unterstützung, allein durch die Vorstellung vom Einheitskreis, wissen solltest. Das obige Arbeitsblatt sollte dir dabei helfen:

Sinus Cosinus Tangens
Gradmaß: $90°$

Bogenmaß:$\frac{\pi}{2}$ rad

$1$ $0$ nicht definiert
$180°$

$\pi$ rad

$0$ $-1$ $0$
$270°$

$\frac{3\pi}{2}$ rad

$-1$ $0$ nicht definiert
$0°$ und $360°$

0 rad und $2\pi$ rad

$0$ $1$ $0$







Trigonometrische Funktionen

Trägt man ausgehend vom Einheitskreis die Werte des Sinus in Abhängigkeit der Bogenlänge ab, so erhält man die Sinusfunktion. Analog funktioniert dies für die Cosinus- und Tangensfunktion, wie das folgende Applet zeigt:


Was ist zu tun?

Verschiebe im linken Grafikfenster den Punkt auf dem Kreis (oder klicke links unten auf den „Play“-Button. Im rechten Grafikfenster wird der Sinus in Abhängigkeit vom Winkel (in Bogenmaß) abgetragen und es entsteht die typische Sinusfunktion. Versuche dies anschließend auch mit der Cosinus- und Tangensfunktion, indem du im rechten Grafikfenster das entsprechende Kästchen anklickst.

Falls dieses Applet nicht funktioniert, klicke hier

















Sinusfunktion $f(x)=\sin(x)$

Stellt man den Sinus in Abhängigkeit vom Winkel graphisch dar, indem man auf der $x$-Achse den Winkel in Bogenmaß und auf der $y$-Achse den zugehörigen Sinuswert angibt, so entsteht der folgende Graph:

Graph der Sinusfunktion mit Kennzeichnung der Periodenlänge von $2\pi$



Cosinusfunktion $f(x)=\cos(x)$

Der Graph der Cosinusfunktion hat die folgende Form:

Graph der Cosinusfunktion mit Kennzeichnung der Periodenlänge von $2\pi$



Tangensfunktion $f(x)=\tan(x)$

Der Graph der Tangensfunktion hat die folgende Form:

Graph der Tangensfunktion samt den Asymptoten (rot) und der Kennzeichnung der Periodenlänge von $\pi$


Besondere Eigenschaften der trigonometrischen Funktionen

  1. Periodizität: Die Werte der trigonometrischen Funktionen wiederholen sich in regelmäßigen Abständen.
  2. Beschränktheit: Sinus- und Cosinusfunktion haben die Wertemenge $\mathbb{W}=[-1;1]$. Anders formuliert: es gilt für alle $x$: $$|\sin(x)|\leq 1$$ und $$|\cos(x)|\leq 1 $$ (Hinweis: Hier wurde der Betrag verwendet.)
  3. Der Tangens ist unbeschränkt (geht nach $-\infty$ und $+\infty$) und hat unendlich viele vertikale Asymptoten im Abstand von $\frac{\pi}{2}$.
  4. Wichtige Funktionswerte (Nullstellen, Hoch- und Tiefpunkte) können bereits aus der Tabelle zum Einheitskreis herausgelesen werden.



Bedeutung der Parameter - Manipulation der Sinusfunktion

Dieses GeoGebra-Applet zeigt dir die wichtigsten Parameter, um den Graphen einer Sinusfunktion oder einer Cosinusfunktion zu verändern.






Das allgemeine Dreieck - Sinussatz und Cosinussatz

Wichtig: Der folgende Abschnitt ist für die schriftliche Matura nur in folgenden Schulzweigen relevant:

Allerdings helfen dir die hier beschriebenen Formeln, gewisse Beispiele schneller und einfacher zu berechnen. Daneben könnte dieser Abschnitt auch bei der mündlichen Matura zum Stoffgebiet gehören (Informationen dazu gibt dir deine Lehrperson).


allgemeines Dreieck

Unter allgemeinen Dreiecken versteht man Dreiecke, die nicht über einen rechten Winkel verfügen müssen.

Ohne rechten Winkel können wir die Formeln für Sinus, Cosinus und Tangens nicht verwenden. Aus diesem Grund führen wir nun neue Formeln ein:

a) den Sinussatz

b) den Cosinussatz und

c) die allgemeinen Flächenformeln


Im allgemeinen Dreieck braucht man immer $3$ bekannte Größen, um eine vierte zu berechnen! (Im rechtwinkligen Dreieck reichten uns dank dem rechten Winkel zwei zusätzlich Größen, um eine weitere zu berechnen).



Sinussatz

Der Sinussatz wird verwendet, wenn im allgemeinen Dreieck

1. eine Seite und

2. der gegenüberliegende Winkel und

3. irgendeine andere Seite oder ein anderer Winkel bekannt sind.


Formel für den Sinussatz
$$\frac{\sin\ \alpha}{a}=\frac{\sin\ \beta}{b}=\frac{\sin\ \gamma}{c}$$


Das Video auf der rechten Seite zeigt dir auf musikalische Art und Weise die Herleitung des Sinussatzes:




Cosinussatz

Das Video auf der rechten Seite zeigt dir auf musikalische Art und Weise die Herleitung und die Bedeutung des Cosinussatzes:

Formeln für den Cosinussatz
  • $ a^2=b^2+c^2-2\cdot b\cdot c\cdot \cos\ \alpha$
  • $b^2=a^2+c^2-2\cdot a\cdot c\cdot \cos\ \beta$
  • $c^2=a^2+b^2-2\cdot a\cdot b\cdot \cos\ \gamma$


Der Cosinussatz wird verwendet, wenn im allgemeinen Dreieck:

1. $2$ Seiten und der darin eingeschlossene Winkel gegeben ist oder

2. alle drei Seiten gegeben sind und ein Winkel berechnet werden will.

Voraussetzungen, um den Cosinussatz zu verwenden.
gegebene Größen
berechenbare Größen
Zwei Seiten und der eingeschlossene Winkel sind gegeben, die gegenüberliegende Seite kann berechnet werden
Drei Seiten sind gegeben, ein Winkel kann berechnet werden



Beispiele






Zusammenfassung der wichtigsten Formeln im rechtwinkligen und im allgemeinen Dreieck


Rechtwinkliges Dreieck Allgemeines Dreieck
Winkelsumme $180°=\alpha+\beta+\gamma$ $180°=\alpha+\beta+\gamma$
Pythagoras $HYP^2=GK^2+AK^2$ gilt nur im rechtwinkligen Dreieck!
Flächeninhalt $A=\frac{GK\cdot AK}{2}$ $A=\frac{a\cdot h_a}{2}=\frac{b\cdot h_b}{2}=\frac{c\cdot h_c}{2}$
Sinus $\sin \alpha =\frac{GK}{HYP}$ Diese Formel gilt nur im rechtwinkligen Dreieck!
Cosinus $\cos\alpha =\frac{AK}{HYP}$ Diese Formel gilt nur im rechtwinkligen Dreieck!
Tangens $\tan\alpha =\frac{GK}{AK}$ Diese Formel gilt nur im rechtwinkligen Dreieck!
Sinussatz $\frac{\sin\alpha}{a}=\frac{\sin\beta}{b}=\frac{\sin\gamma}{c}$
Cosinussatz $a^2=b^2+c^2-2\cdot b\cdot c\cdot \cos\alpha$

$b^2=a^2+c^2-2\cdot a\cdot c\cdot \cos\beta$

$c^2=a^2+b^2-2\cdot a\cdot b\cdot \cos\gamma$





Interaktive Übungen

Quiz: Sinus, Cosinus und Tangens in rechtwinkligen Dreiecken (AG 4.1)



Quiz: Sinus und Cosinus für Winkel $>90°$ (AG 4.2)


Quiz: Winkelfunktionen (Sinus- und Cosinusfunktion) (FA 6.1-6.5)


Matura-Aufgaben

Hier kannst du eine Formelsammlung verwenden!
Siehe auch: Formeln aufstellen
Siehe auch: Bewegungsaufgaben - Weg/Geschwindigkeit/Beschleunigung
Siehe auch: Lineare Funktionen
Siehe auch: Logarithmus
Siehe auch: Beschreibende Statistik und Exponentielle Abnahme
Siehe für b) auch: Wahrscheinlichkeitsrechnung
Siehe auch: Differenzen- und Differentialquotient
Siehe auch: Integration und Kurvendiskussionen
Siehe auch: Formeln sowie Kurvendiskussionen und Normalverteilung