• Chapter 1 Studifinder - 1.7  Trigonometrie - Trigonometrie an rechtwinkligen Dreiecken

      Inhalte mit Erklärungen

      Datum Sep 28, 2026
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      Trigonometrie an rechtwinkligen Dreiecken
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      Info 2
      In einem rechtwinkligen Dreieck mit gegebenem Winkel α mit 0∘ <α< 90∘ werden die Seiten wie folgt bezeichnet:
      • Die Seite, die dem rechten Winkel gegenüber liegt, wird als Hypotenuse bezeichnet.
      • Die Seiten, die an dem rechten Winkel anliegen, werden als Katheten bezeichnet. Dabei liegt die Ankathete zum Winkel α am Winkel α an und die Gegenkathete zum Winkel α liegt dem Winkel α gegenüber.
      7_lv_Bezeichnungen_im_rechtwinkligen_Dreieck.png
      Bild 3 Bezeichnungen der Seiten im rechtwinkligen Dreieck

      Video 2
      In diesem Video werden die Bezeichnungen der Seiten in rechtwinkligen Dreiecken erklärt.
      Wir geben den Verhältnissen der Seitenlängen im rechtwinkligen Dreieck Namen.
      Definition 1
      In einem rechtwinkligen Dreieck mit gegebenem Winkel α mit 0∘ <α< 90∘ definiert man die Verhältnisse der Seiten folgendermaßen:
       
      Sinus:               sin(α):= Länge der Gegenkathete zu  α Länge der Hypotenuse
       
      , Cosinus:          cos(α):= Länge der Ankathete zu  α Länge der Hypotenuse
       
      , Tangens:          tan(α):= Länge der Gegenkathete zu  α Länge der Ankathete zu  α
      .

      Video 3
      In diesem Video werden Sinus, Cosinus und Tangens an rechtwinkligen Dreiecken definiert.
      Eine zentrale Erkenntnis besteht darin, dass die Verhältnisse nur vom Winkel α, nicht aber von den Abmessungen des Dreiecks abhängig sind.
      Verweis
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      Falls Sie weitere Informationen zu den Strahlensätzen benötigen, schauen Sie bitte zunächst in die Lerneinheit Strahlensätze im Wissensgebiet Geometrie: https://moodle.math.uni-paderborn.de/course/view.php?id=34
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      Mathematische Begründung
      Betrachtet wird die folgende Abbildung:
      7_lv_rechtwinkligedreiecke.png
      Bild 4 Anordnung von zwei rechtwinkligen Dreiecken zu einer Strahlensatzfigur
      Mithilfe der Strahlensätze lassen sich folgende Beobachtungen machen:
      1. Mit dem zweiten Strahlensatz gilt
        c b = c′ b′   und   a b = a′ b′  .

        Es lässt sich feststellen, dass in beiden rechtwinkligen Dreiecken die Längenverhältnisse aus den Seiten c,b und c′,b′ bzw. a,b und a′,b′ übereinstimmen.
        Wegen sin(α)= b c und b c = b′ c′ gilt auch sin(α)= b′ c′ . Der Wert des Sinus ist nur von der Größe des Winkels α und nicht von den Seitenlängen abhängig.
        Außerdem gilt tan(α)= b a und b a = b′ a′ . Demnach also auch tan(α)= b′ a′ . Damit ist der Wert des Tangens ebenfalls nur von der Größe des Winkels α abhängig.
      2. Mit dem ersten Strahlensatz gilt
        a a′ = c c′  .

        Multiplikation beider Seiten mit a′ liefert
        a= c·a′ c′  .

        Division beider Seiten durch c ergibt schließlich
        a c = a′ c′  .

        Auch hier stimmt in beiden rechtwinkligen Dreiecken das Längenverhältnis der Seiten a,c und a′,c′ überein.
        Wegen cos(α)= a c und a c = a′ c′ gilt ebenfalls cos(α)= a′ c′ . Der Wert des Cosinus hängt also nur von der Größe des Winkels α ab.
      Bemerkungen

      In den Ergänzungen weiter unten werden eine Beziehung zwischen Sinus und Cosinus sowie eine Beziehung zwischen Sinus, Cosinus und Tangens angeführt und bewiesen.

      Mithilfe dieser Gleichungen ist es nun möglich in einem rechtwinkligen Dreieck die unbekannten Seitenlängen zu bestimmen, wenn eine Seitenlänge und eine weitere Winkelgröße, außer dem rechten Winkel, gegeben ist.

      In den Ergänzungen finden Sie eine Möglichkeit, wie bestimmte Sinus- und Cosinuswerte mithilfe von speziellen Dreiecken auch ohne Taschenrechner bestimmt werden können.

      Es werden einige Beispiele angeführt, um die unbekannten Seitenlängen in einem rechtwinkligen Dreieck bestimmen zu können, wenn eine Seitenlänge und die Größe eines Winkels, der nicht der rechte Winkel ist, gegeben sind.

      Beispiel 2
      Modellierung
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      Frau Meier muss an ihrem Haus einen Teil der Dachrinne ausbessern. Um die Dachrinne zu erreichen, verwendet sie eine ausfahrbare Leiter, die in einem Winkel von 80∘ an das Haus gelehnt wird. Das Haus ist bis zur Dachrinne gemessen 4,40 m hoch. Wie weit muss die Leiter ausgefahren werden, damit Frau Meier die Dachrinne ausbessern kann?
      Zur mathematischen Modellierung dieser Situation wird ein rechtwinkliges Dreieck gezeichnet (nicht maßstabsgetreu):
      [Ausblenden]
      7_lv_Trigonometrie__Teil_1_Beispiel_1_sinus.png
      Bild 5 Längenangaben in m.
      Gesucht wird die Länge der Hypotenuse b. Gegeben sind die Größe des Winkels α= 80∘ und die Seitenlänge der Gegenkathete zu α, welche hier a=4,40 (Meter) entspricht.
      Zur Berechnung kann der Sinus verwendet werden
      sin(α)= Länge der Gegenkathete zu  α Länge der Hypotenuse = a b

      . In unserem Beispiel erhalten wir also
      sin( 80∘ )= 4,40 b  .

      Umstellen dieser Gleichung nach b ergibt:
      b= 4,40 sin( 80∘ )

      . Mit einem Taschenrechner kann der Wert sin( 80∘ )≈0,98 berechnet werden. Dieser ist ungefähr 0,98 und kann in die Gleichung eingefügt werden. Damit kann die Länge der Hypotenuse bestimmt werden:
      b≈ 4,40 0,98 ≈4,49 .

      Lösung der Anwendungsaufgabe
      [Ausblenden]
      Die Leiter muss auf eine Länge von ungefähr 4,49 m ausgefahren werden.
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      Beispiel 3
      Modellierung
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      Die Zugbrücke einer alten Burg ist 6 m lang. Die Kette, die die Zugbrücke hält, und die Zugbrücke schließen einen Winkel von 40∘ ein. Wie lang muss die Kette, die die Zugbrücke hält, sein?
      Zur mathematischen Modellierung dieser Situation wird ein rechtwinkliges Dreieck gezeichnet:
      [Ausblenden]
      7_lv_Trigonometrie__Teil_1_Beispiel_2_cosinus.png
      Bild 6 Längenangaben in m.
      Gesucht wird die Länge der Hypotenuse a. Gegeben sind die Größe des Winkels β= 40∘ und die Seitenlänge der Ankathete zu β, welche hier c=6 Meter entspricht.
      Es gilt
      cos(β)= Länge der Ankathete zu  β Länge der Hypotenuse = c a  .

      Wenn nun die Angaben aus der Aufgabe eingesetzt werden, ergibt sich
      cos( 40∘ )= 6 a  .

      Umstellen dieser Gleichung nach a ergibt
      a= 6 cos( 40∘ )  .

      Mit einem Taschenrechner kann der Wert cos( 40∘ ) berechnet werden. Dieser ist ungefähr 0,77. Damit kann die Länge der Hypotenuse bestimmt werden.
      a≈ 6 0,77 ≈7,79.

      Lösung der Anwendungsaufgabe
      [Ausblenden]
      Die Kette, die die Zugbrücke hält, muss ungefähr 7,79 m lang sein.
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      Beispiel 4
      Modellierung
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      Ein Heißluftballon schwebt in einer Höhe von 125 m über dem Erdboden. Der Ballonfahrer sieht eine Ruine mithilfe eines Winkelmessers unter einem Winkel von 17∘ zur Horizontalen. Wie weit ist der Ballon horizontal gesehen von der Ruine entfernt?
      Zur mathematischen Modellierung dieser Situation wird ein rechtwinkliges Dreieck angefertigt:
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      7_lv_Trigonometrie__Teil_1_Beispiel_3_tangens.png
      Bild 7 Längenangaben in m.
      Gesucht wird die Länge der Ankathete c zum Winkel β. Der Winkel β ist der Wechselwinkel an Parallelen zu δ, also 17∘ . Gegeben ist außerdem die Seitenlänge b=125 (in m) der Gegenkathete zu β. Es gilt
      tan(β)= Länge der Gegenkathete zu  β Länge der Ankathete zu  β = b c .

      Durch Einsetzen ergibt sich
      tan( 17∘ )= 125 c  .

      Umstellen dieser Gleichung nach c ergibt
      c= 125 tan( 17∘ )  .

      Mit einem Taschenrechner kann der Wert tan( 17∘ ) berechnet werden. Dieser ist ungefähr 0,31 und kann in die Gleichung eingefügt werden. Damit kann die Länge der Hypotenuse bestimmt werden:
      c= 125 0,31 ≈403,2

      Lösung der Anwendungsaufgabe
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      Der Ballon ist horizontal gesehen ungefähr 403,23 m von der Ruine entfernt.
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