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Trigonometrie

Winkelberechnung am Dreieck

Trigonometrie am Einheitskreis

Visualisierung von sin(α)\sin(\alpha) und cos(α)\cos(\alpha)

Im Einheitskreis lässt sich für beliebige Winkel α\alpha jeweils ein rechtwinkliges Dreieck konstruieren,
wie es auf der Abbildung oben gezeigt ist.

Die Hypotenuse in diesem rechtwinkligen Dreieck hat die Länge 1.

Nach Definition gilt:

sin(α)=GegenkatheteHypotenuse,cos(α)=AnkatheteHypotenuse \sin(\alpha) = \frac{\text{Gegenkathete}}{\text{Hypotenuse}}, \qquad \cos(\alpha) = \frac{\text{Ankathete}}{\text{Hypotenuse}}

Folglich entspricht die Länge der Gegenkathete im dargestellten Dreieck direkt sin(α)\sin(\alpha). Analog dazu lässt sich über die Länge der Ankathete der cos(α)\cos(\alpha) bestimmen.

Nach dem Satz des Pythagoras gilt:

sin2(α)+cos2(α)=1\color{red}{\sin^2(\alpha)} + \color{blue}{\cos^2(\alpha)} = 1

Variieren Sie in der folgenden Abbildung über den Schieberegler den Winkel α\alpha und beobachten Sie, wie sich das Dreieck und damit verbunden die Werte für sin(α)\sin(\alpha) und cos(α)\cos(\alpha) ändern.

Auf der rechten Seite sehen Sie als Ergänzung die Funktionsschaubilder der Funktionen sin(α)\sin(\alpha) (schwarze Linie) und cos(α)\cos(\alpha) (grau gestrichelte Linie).
Dort lassen sich ebenfalls die Funktionswerte für den eingestellten Winkel α\alpha ablesen.

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Eigenschaften und Formeln

Anhand des Einheitskreises lassen sich einige Eigenschaften und Formeln der Sinus- und Kosinus-Funktion veranschaulichen. Wählen Sie im folgenden Plot die jeweilige Formel und machen Sie sich anhand der Abbildung klar, warum dieser Zusammenhang gilt.

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Die Visualisierung von Sinus, Cosinus und Tangens und Erklärungen dazu gibt es im Video! https://youtu.be/3cSmpWBZG-w

Visualisierung von tan(α)\tan(\alpha) am Einheitskreis

Um tan(α)tan(\alpha) am Einheitskreis zu visualisieren, konstruieren wir wieder ein rechtwinkliges Dreieck, bei dem dieses Mal die Ankathete zum Winkel α\alpha gleich eins ist. Die zugehörige Gegenkathete entspricht dann genau dem Tangens von α\alpha (siehe obere Abbildung).

Nach dem 2. Strahlensatz gilt:

sin(α)tan(α)=cos(α)1\frac{\sin(\alpha)}{\tan(\alpha)} = \frac{\cos(\alpha)}{1}

Daraus folgt:

Variieren Sie in der folgenden Abbildung über den Schieberegler den Winkel α\alpha und beobachten Sie, wie sich die Werte für tan(α)\tan(\alpha) ändern.

Da tan(α)\tan(\alpha) für α=90°\alpha = 90°, α=270°\alpha = 270° bzw. α=90°\alpha = -90° jeweils eine Polstelle besitzt, ist der einstellbare Winkelbereich entsprechend eingeschränkt.

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Spezielle Werte der Winkelfunktionen

Grad45°90°180°360°
Rad0π4\frac{\pi}{4}π2\frac{\pi}{2}π\pi2π2\pi
sin(α)\sin(\alpha)0122\frac{1}{2}\sqrt{2}100
cos(α)\cos(\alpha)1122\frac{1}{2}\sqrt{2}0-11
tan(α)\tan(\alpha)01Polstelle00