Worum geht es?
In einem rechtwinkligen Dreieck heißt die Seite gegenüber dem rechten Winkel Hypotenuse, die beiden anderen Seiten sind die Katheten. Von einem spitzen Winkel aus gesehen liegt eine Kathete am Winkel an (Ankathete), die andere liegt ihm gegenüber (Gegenkathete). Für den Winkel gilt:
Im Dreieck mit rechtem Winkel bei ist für (bei ) also , und .
Warum hängen die Verhältnisse nur vom Winkel ab? Alle rechtwinkligen Dreiecke mit demselben Winkel sind ähnlich: Man erhält sie durch zentrische Streckung mit Zentrum im Scheitel von . Dabei werden alle Seiten mit demselben Faktor multipliziert, und kürzt sich im Bruch heraus: .
Die Rollen hängen vom Winkel ab. Für (bei ) tauschen die Katheten ihre Rollen: wird zur Ankathete, zur Gegenkathete. Weil ist, folgt
Am Einheitskreis ist die Hypotenuse . Dann ist die Gegenkathete selbst und die Ankathete ; der Punkt hat die Koordinaten . Der Satz des Pythagoras wird zu , und es gilt . An der Tangente ist die Ankathete , dort lässt sich als Strecke ablesen.
Besondere Werte (exakt): , , ; , , .
Rückwärts: Kennt man zwei Seiten, bildet man das passende Verhältnis und bestimmt den Winkel mit der Umkehrtaste, z. B. . Für und muss das Verhältnis kleiner als sein – die Hypotenuse ist die längste Seite.
Ausprobieren
- Start: Ziehe die Ecke . Welche Seite ist die Gegenkathete von ? Was passiert mit , wenn du nur änderst?
- Drücke „Ähnliche Dreiecke wachsen lassen“: Das Dreieck wächst aus der Ecke , die Kopien mit bleiben stehen. Welche Zahlen in der Tabelle ändern sich, welche nicht?
- Tippe auf den Winkelbogen bei oder drücke „Bezugswinkel wechseln“. Beobachte, wohin die Namen „Gegenkathete“ und „Ankathete“ wandern. Bezugswinkel β
- Stelle Tangens ein. Warum ist ? Was passiert mit bei 85°?
- Einheitskreis: Drücke „Winkel durchlaufen“ und beobachte die Tabelle der besonderen Werte. Wann ist ?
- Winkel berechnen: Lass dir die Lösung Schritt für Schritt zeigen. Was passiert, wenn die Gegenkathete länger als die Hypotenuse ist? Sonderfall
- Anwendungen: Rampe, Leiter, Turm. Drücke „Rechnung durchspielen“ und ziehe die Punkte im Bild.
Aufgaben
Aufgabe 1: Seiten berechnen
In einem rechtwinkligen Dreieck () ist und . Berechne und . Aufgabe laden
Lösung anzeigen
; . Lösung zeigen
Aufgabe 2: Der andere Winkel
Im Dreieck mit und ist und . Gib und als Seitenverhältnis an und berechne sie. Was fällt dir auf? Aufgabe laden
Lösung anzeigen
Für ist die Gegenkathete und die Ankathete: , . Es ist und , denn . Lösung zeigen
Aufgabe 3: Winkel aus zwei Seiten
Gegenkathete , Hypotenuse . Wie groß ist ? Wie lang ist die Ankathete? Aufgabe laden
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, also . Ankathete ; Probe: , . Lösung zeigen
Aufgabe 4: Rollstuhlrampe
Eine Eingangsstufe ist hoch. Eine Rampe soll die Steigung haben. Wie groß ist der Steigungswinkel, wie lang die waagrechte Strecke? Aufgabe laden
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, also (nicht !). Waagrecht: ; die schräge Rampe ist lang. Lösung zeigen
Aufgabe 5: Leiter an der Wand
Eine lange Leiter steht im Winkel zum Boden. Wie hoch reicht sie, wie weit steht der Fuß von der Wand weg? Steht sie sicher? Aufgabe laden
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, . liegt im Bereich der Faustregel ( bis ). Lösung zeigen
Aufgabe 6: Wie hoch ist der Turm?
Aus Entfernung sieht man die Turmspitze unter dem Höhenwinkel . Das Messgerät steht über dem Boden. Aufgabe laden
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, also . Turmhöhe . Lösung zeigen
Aufgabe 7: Stimmt das? (Knobelaufgabe)
a) „ kann nie größer als sein, aber schon.“ b) „Für jeden spitzen Winkel gilt .“ Begründe beide Aussagen.
Lösung anzeigen
a) Die Hypotenuse ist die längste Seite, also ist . Beim Tangens steht die Ankathete im Nenner; für ist die Gegenkathete länger als die Ankathete, dann ist . Sonderfall zeigen
b) Nach Pythagoras ist . Teilt man durch , folgt . Am Einheitskreis zeigen
Ideen für den Unterricht
- Einsatz: Etwa Klasse 9, Trigonometrie am rechtwinkligen Dreieck; der Einheitskreis leitet zu den Sinus- und Kosinusfunktionen über.
- Entdecken vor Benennen: Die Animation „Ähnliche Dreiecke wachsen lassen“ kann vor der Definition stehen: Was bleibt gleich, wenn das Dreieck wächst? Anschließend messen die Lernenden selbst gezeichnete Dreiecke mit nach.
- Aufgabenmodus: Mit „Ergebnisse zeigen“ aus (
show=0) erscheinen gesuchte Größen im Bild als „?“. So lassen sich alle Themen als Übungsaufgaben verwenden. - Taschenrechner: Gradmodus (DEG) prüfen; die Umkehrtasten , , liefern den Winkel.
- Häufige Stolpersteine:
- Gegen- und Ankathete werden festgelegt, ohne auf den Bezugswinkel zu schauen – hier hilft das Umschalten auf .
- Die Hypotenuse wird mit der „schrägen“ Seite verwechselt, auch wenn das Dreieck anders liegt.
- Steigung in Prozent wird als Winkel in Grad gelesen (, aber ).
- Bei der Turmhöhe wird die Augenhöhe vergessen.
- Der Taschenrechner steht im Bogenmaß.