Anwendungen am rechtwinkligen Dreieck
Im rechtwinkligen Dreieck mit Hypotenuse c und dem Winkel α gegenĂŒber von Kathete a gilt:
ErklĂ€rung: Sinus = Gegenkathete / Hypotenuse. Die Kathete a liegt dem Winkel α gegenĂŒber, c ist die Hypotenuse.
cos α = Ankathete / ___
ErklÀrung: Kosinus ist das VerhÀltnis der Ankathete (neben dem Winkel, nicht die Hypotenuse) zur Hypotenuse.
tan α = Gegenkathete / ___
ErklÀrung: Tangens ist das VerhÀltnis der Gegenkathete zur Ankathete.
In einem rechtwinkligen Dreieck ist α = 30° und die Hypotenuse c = 10 cm. Wie lang ist die Gegenkathete a?
ErklÀrung: sin 30° = 0,5. Also a = c · sin 30° = 10 · 0,5 = 5 cm.
Rechtwinkliges Dreieck: α = 45°, Ankathete b = 7 cm. Berechne die Gegenkathete a (in cm).
ErklÀrung: tan 45° = 1. Also a = b · tan 45° = 7 · 1 = 7 cm.
Rechtwinkliges Dreieck: Gegenkathete = 6 cm, Hypotenuse = 10 cm. Berechne sin α. (Als Dezimalzahl)
ErklÀrung: sin α = 6/10 = 0,6.
FĂŒr jeden spitzen Winkel α gilt: sinÂČα + cosÂČα = 1.
ErklĂ€rung: Richtig. Dies folgt direkt aus dem Satz des Pythagoras: (a/c)ÂČ + (b/c)ÂČ = (aÂČ + bÂČ)/cÂČ = cÂČ/cÂČ = 1.
Es gilt: cos α = sin(___° â α).
ErklĂ€rung: Die KomplementĂ€rwinkelbeziehung: cos α = sin(90° â α). Die Ankathete von α ist die Gegenkathete von (90° â α).
sin α = 0,8. Berechne cos α. (Als Dezimalzahl)
ErklĂ€rung: sinÂČα + cosÂČα = 1 â cosÂČα = 1 â 0,64 = 0,36 â cos α = 0,6.
Ein Turm wirft einen 20 m langen Schatten. Der Sonneneinfallswinkel betrĂ€gt 60°. Wie hoch ist der Turm? (Gerundet auf 1 Dezimale, in m. tan 60° â 1,732)
ErklĂ€rung: tan 60° = Höhe/Schatten â Höhe = 20 · tan 60° = 20 · 1,732 â 34,6 m.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen tan α und sin α, cos α?
ErklÀrung: tan α = Gegenkathete/Ankathete = (Gegenkathete/Hypotenuse) / (Ankathete/Hypotenuse) = sin α / cos α.
Rechtwinkliges Dreieck: α = 30°, Gegenkathete a = 4 cm. Berechne die Hypotenuse c (in cm).
ErklĂ€rung: sin 30° = a/c â 0,5 = 4/c â c = 8 cm.
Ein Hang hat eine Steigung von 15°. Auf 100 m horizontaler Strecke ĂŒberwindet man welche Höhe? (sin 15° â 0,259, cos 15° â 0,966, tan 15° â 0,268)
ErklÀrung: Höhe = horizontale Strecke · tan 15° = 100 · 0,268 = 26,8 m.
sin 45° = cos 45°
ErklĂ€rung: Richtig. cos 45° = sin(90° â 45°) = sin 45°. Beide sind gleich â2/2 â 0,707.
Ein gleichschenkliges Dreieck hat Basis 10 cm und Schenkel 13 cm. Berechne die Höhe auf die Basis (in cm).
ErklĂ€rung: Die Höhe halbiert die Basis. Im rechtwinkligen Teildreieck: hÂČ = 13ÂČ â 5ÂČ = 169 â 25 = 144 â h = 12 cm.
Aus 45 m Entfernung erscheint die Spitze eines Kirchturms unter dem Höhenwinkel 38°. Das MessgerĂ€t steht 1,6 m ĂŒber dem Boden. Wie hoch ist der Turm (in m, auf 0,1 m genau)?
ErklĂ€rung: Ăber dem MessgerĂ€t liegen 45 m · tan 38° â 35,2 m. Dazu kommt die GerĂ€tehöhe 1,6 m, also insgesamt â 36,8 m.
Ein gleichschenkliges Dreieck ABC hat die Schenkel a = b = 44,2 cm und die Basis c = 63,4 cm. Berechne den Basiswinkel α (in Grad, auf 0,1° genau).
ErklĂ€rung: Die Höhe auf die Basis halbiert c. Im rechtwinkligen Halbdreieck ist cos α = 31,7/44,2 â 0,717, also α â 44,2°.
Ein Seil der LĂ€nge l hĂ€ngt senkrecht und wird um den Winkel ÎČ ausgelenkt. Welcher Term gibt an, um wie viel sich das untere Ende dabei gehoben hat?
ErklĂ€rung: Das Ende hĂ€ngt jetzt l · cos ÎČ unter dem AufhĂ€ngepunkt statt l. Die Differenz l â l · cos ÎČ ist der Hub. Der Term l · cos ÎČ ist der neue Abstand selbst, nicht die Ănderung.
Von einem 12 m hohen Balkon sieht man ein Auto unter dem Tiefenwinkel 25°. Welche Gleichung liefert die waagrechte Entfernung d?
ErklĂ€rung: Höhe und waagrechte Entfernung sind die beiden Katheten. Die Höhe liegt dem Tiefenwinkel gegenĂŒber, also tan 25° = 12/d und d â 25,7 m.
Ein gleichschenkliges Dreieck ABC hat die Schenkel a = b = 44,2 cm
und die Basis c = 63,4 cm. Zeichne die Höhe auf die Basis ein und
berechne damit die Höhe sowie alle drei Innenwinkel.
Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.
ErklĂ€rung: Die Höhe zerlegt das gleichschenklige Dreieck in zwei kongruente rechtwinklige Dreiecke â erst dann sind Sinus, Kosinus und Tangens anwendbar. Kontrolle: α + ÎČ + Îł = 180°.
Ein VermessungsgerĂ€t steht 1,6 m ĂŒber dem Boden und 45 m von einem
Kirchturm entfernt. Die Turmspitze erscheint unter dem Höhenwinkel
38°. Zeichne eine Skizze mit dem rechtwinkligen Dreieck und berechne
die Turmhöhe ĂŒber dem Boden.
Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.
ErklĂ€rung: Das rechtwinklige Dreieck sitzt auf Augenhöhe des GerĂ€ts, nicht auf dem Boden â deshalb der zweite Schritt. Dieser Aufbau ist die Standardmethode der Vermessung.
Der erste Schritt bei einer Sachaufgabe ist immer: eine ___ zeichnen
ErklĂ€rung: Erst die Skizze, dann der rechte Winkel, dann die Benennung der Seiten â erst danach entscheidet sich, welches VerhĂ€ltnis gebraucht wird.
In einem gleichschenkligen Dreieck wird die Höhe auf die Basis gezeichnet. Was passiert mit der Basis?
ErklĂ€rung: Die Höhe auf die Basis ist zugleich Mittelsenkrechte â sie halbiert die Basis und zerlegt das Dreieck in zwei gleiche rechtwinklige HĂ€lften.
Die Höhe auf die Basis eines gleichschenkligen Dreiecks zerlegt es in zwei ___ Dreiecke
ErklĂ€rung: Zwei rechtwinklige Dreiecke â und erst in denen gelten Sinus, Kosinus und Tangens.
Ein MessgerĂ€t steht 1,6 m ĂŒber dem Boden. Ăber der GerĂ€tehöhe ragt der Turm noch 24,7 m auf. Wie hoch ist der Turm insgesamt (in m)?
ErklĂ€rung: Das Hilfsdreieck liefert nur das StĂŒck ĂŒber dem GerĂ€t; die GerĂ€tehöhe kommt am Schluss dazu - 24,7 m + 1,6 m = 26,3 m.
Von E aus sieht man das Auto A. Tippe auf die Linie, die bei E mit der Sichtlinie EA den Tiefenwinkel bildet.
ErklĂ€rung: Der Tiefenwinkel wird gegen die Waagrechte durch das Auge gemessen â das ist EH. EF ist die Senkrechte (der Winkel zwischen ihr und der Sichtlinie ist der Rest zu 90°), und FA berĂŒhrt E gar nicht.
Aus dem Fenster O sieht man die Turmspitze S. Tippe auf die Linie, die bei O mit der Sichtlinie OS den Höhenwinkel bildet.
ErklĂ€rung: Der Höhenwinkel liegt zwischen der Waagrechten durch das Auge und der Sichtlinie â also OH. Der Boden PT liegt 6 m tiefer und geht nicht durch O; wer von ihm aus misst, vergisst die Augenhöhe. OP ist die Senkrechte.
Die Sichtlinie zu einer Turmspitze bildet mit der Senkrechten einen Winkel von 50°. Wie groà ist der Höhenwinkel (in Grad)?
ErklĂ€rung: Der Höhenwinkel wird gegen die Waagrechte gemessen, und Waagrechte und Senkrechte stehen im rechten Winkel aufeinander. Also 90° â 50° = 40°.
Von der Spitze eines Leuchtturms sieht man ein Boot unter dem Tiefenwinkel 12°. Unter welchem Höhenwinkel sieht man vom Boot aus die Spitze (in Grad)?
ErklĂ€rung: Beide Winkel liegen an derselben Sichtlinie und werden gegen eine Waagrechte gemessen. Die beiden Waagrechten sind parallel, also sind die Winkel gleich groĂ (Wechselwinkel) â 12°.
Von einem 12 m hohen Balkon sieht man ein Auto unter dem Tiefenwinkel 25°. Wie weit steht das Auto waagrecht vom Haus entfernt (in m, auf 0,1 m genau)?
ErklĂ€rung: Der Tiefenwinkel am Balkon ist so groĂ wie der Winkel am Auto zwischen Boden und Sichtlinie. Dort liegt die Höhe 12 m gegenĂŒber und d an, also tan 25° = 12/d und d = 12 / tan 25° â 25,7 m.
Eine Leiter lehnt schrÀg an einer senkrechten Wand. Welche Strecke ist im rechtwinkligen Dreieck die Hypotenuse?
ErklĂ€rung: Der rechte Winkel liegt dort, wo Wand und Boden sich treffen. Die Hypotenuse liegt ihm gegenĂŒber â das ist die Leiter. Höhe an der Wand und Abstand am Boden sind die beiden Katheten.
Ein Turm ist 50 m hoch. Du siehst seine Spitze unter dem Höhenwinkel 20°, also gilt tan 20° = 50 m / d fĂŒr deinen waagrechten Abstand d. Wie rechnest du d aus?
ErklĂ€rung: d steht im Nenner. Beide Seiten mal d ergibt d · tan 20° = 50 m, dann durch tan 20° teilen â d â 50 : 0,364 â 137 m. 50 · tan 20° â 18 m wĂ€re kĂŒrzer als der Turm hoch ist, bei einem Winkel unter 45° unmöglich.
Aus sin α = a / c folgt a = c · ___
ErklĂ€rung: a steht im ZĂ€hler. Beide Seiten mal c genommen ergibt a = c · sin α â eine 7,0 m lange Leiter unter 35° reicht 7,0 m · sin 35° â 4,0 m hoch.
Eine Rampe soll 1,2 m Höhe unter einem Steigungswinkel von 6° ĂŒberwinden. Wie lang wird die schrĂ€ge Rampe (in m, auf eine Nachkommastelle)?
ErklĂ€rung: Höhe und Rampe sind Gegenkathete und Hypotenuse, also sin 6° = 1,2 m / c. c steht im Nenner â c = 1,2 m : sin 6° â 1,2 : 0,1045 â 11,5 m. Wer 1,2 · sin 6° rechnet, bekommt 0,13 m, kĂŒrzer als die Höhe.
Du stehst auf einem Aussichtspunkt 90 m ĂŒber einem See und siehst ein Boot unter dem Tiefenwinkel 12°. Wie weit ist das Boot waagrecht entfernt (in m, auf ganze Meter)?
ErklĂ€rung: Höhe 90 m und Abstand d sind die beiden Katheten â tan 12° = 90 m / d. d steht im Nenner, also d = 90 m : tan 12° â 90 : 0,2126 â 423 m.
Eine 7,0 m lange Leiter lehnt unter dem Winkel 35° gegen den Boden an einer senkrechten Wand. Wie hoch reicht sie (in m, auf eine Nachkommastelle)?
ErklĂ€rung: Die Leiter ist die Hypotenuse, die Höhe an der Wand die Gegenkathete von 35°: sin 35° = a / 7,0 m, also a = 7,0 m · sin 35° â 7,0 · 0,574 â 4,0 m. 7,0 · cos 35° â 5,7 m ist der Abstand am Boden, nicht die Höhe.
Eine 7,0 m lange Leiter soll an einer senkrechten Wand 6,0 m hoch reichen. Unter welchem Winkel gegen den Boden muss sie stehen (in Grad, auf ganze Grad)?
ErklĂ€rung: Höhe und Leiter sind Gegenkathete und Hypotenuse: sin α = 6,0 : 7,0 â 0,857, also α = sinâ»Âč(0,857) â 59°.