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Stellen Sie aus rund 25.000 Matheaufgaben von der 3. bis zur 13. Klasse Ihre eigenen Arbeitsblätter zusammen. Alle Aufgaben enthalten Lösungsschritte.

Sinussatz

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5533579
Im dargestellten Dreieck gilt die übliche Zuordnung: Die Seite \(a\) liegt dem Winkel \(\alpha\) gegenüber, \(b\) liegt \(\beta\) gegenüber und \(c\) liegt \(\gamma\) gegenüber. Gegeben seien \(a\), \(\alpha\) und \(\beta\). Schreibe nur die passende Sinussatz-Gleichung auf, mit der man \(b\) bestimmen kann. Rechne nicht weiter.
Abbildung zur Aufgabe 553357

Denkanstöße

- Ordne jeder Seite zuerst ihren gegenüberliegenden Winkel zu. - Im Sinussatz müssen Seite und Sinus ihres Gegenwinkels zusammengehören.

Lösung

1. Zu \(a\) gehört der Gegenwinkel \(\alpha\), zu \(b\) der Gegenwinkel \(\beta\). 2. Daher lautet die passende Gleichung \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}\).

Antwort

\(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}\)
5533689
Im dargestellten Dreieck ist der Winkel \(\beta\) markiert. Welche Seite liegt \(\beta\) gegenüber? Nenne außerdem das zugehörige Seite-Winkel-Paar für den Sinussatz.
Abbildung zur Aufgabe 553368

Denkanstöße

- Schau im Bild zuerst auf den Scheitelpunkt des markierten Winkels. - Welche Seite des Dreiecks berührt diesen Scheitelpunkt nicht?

Lösung

1. Der Winkel \(\beta\) liegt am Punkt \(B\). 2. Die Seite, die den Punkt \(B\) nicht berührt, ist \(AC\); sie heißt \(b\). 3. Das zugehörige Seite-Winkel-Paar ist daher \((b,\beta)\).

Antwort

Gegenüber von \(\beta\) liegt \(b\); das Seite-Winkel-Paar ist \((b,\beta)\).
5533699
Welche der drei Angaben erlaubt es, den Sinussatz unmittelbar zur Berechnung einer noch unbekannten Seite anzusetzen? A) \(a=6\,\text{cm}\), \(\alpha=35^\circ\), \(\beta=70^\circ\) B) \(a=6\,\text{cm}\), \(c=8\,\text{cm}\), \(\beta=70^\circ\) C) \(a=6\,\text{cm}\), \(b=8\,\text{cm}\), \(c=10\,\text{cm}\) Nenne nur den Buchstaben und das bereits bekannte Seite-Winkel-Paar.

Denkanstöße

- Prüfe bei jeder Angabe, ob eine Seite und genau ihr Gegenwinkel gemeinsam bekannt sind. - Ein Winkel allein oder drei Seiten ohne Winkel liefern noch kein vollständiges Seite-Winkel-Paar.

Lösung

1. Für einen unmittelbaren Sinussatz-Ansatz muss mindestens ein vollständiges Paar aus einer Seite und ihrem Gegenwinkel bekannt sein. 2. Nur bei A) sind \(a\) und der zugehörige Gegenwinkel \(\alpha\) gemeinsam bekannt; zusätzlich ist mit \(\beta\) ein weiterer Winkel gegeben. 3. Daher ist A) geeignet, mit dem bekannten Paar \((a,\alpha)\).

Antwort

A); bekanntes Seite-Winkel-Paar: \((a,\alpha)\).
4151849
Ein gleichschenkliges Dreieck hat die Basis \(c=8{,}4\,\text{cm}\) und den Spitzenwinkel \(\gamma=36^\circ\). Berechne die Schenkellängen \(a\) und \(b\) mit dem Sinussatz. Runde auf zwei Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Welche Eigenschaft haben die Basiswinkel eines gleichschenkligen Dreiecks? - Wie groß ist ihre gemeinsame Größe hier? - Welches bekannte Seite-Winkel-Paar eignet sich im Sinussatz als Bezug?

Lösung

1. Wegen der Gleichschenkligkeit gilt \(\alpha=\beta=\frac{180^\circ-36^\circ}{2}=72^\circ\). 2. Mit dem Sinussatz gilt \(\frac{a}{\sin(72^\circ)}=\frac{8{,}4\,\text{cm}}{\sin(36^\circ)}\). 3. Daher ist \(a=\frac{8{,}4\,\text{cm}\sin(72^\circ)}{\sin(36^\circ)}\approx13{,}59\,\text{cm}\). 4. Wegen \(a=b\) ist auch \(b\approx13{,}59\,\text{cm}\).

Antwort

\(a\approx13{,}59\,\text{cm}\) und \(b\approx13{,}59\,\text{cm}\)
4154729
In einem Dreieck sind die Seite \(a=8{,}5\,\text{cm}\) sowie die Winkel \(\alpha=42^\circ\) und \(\beta=75^\circ\) gegeben. Berechne die Größe des Winkels \(\gamma\) sowie die Längen der Seiten \(b\) und \(c\). Runde die Seitenlängen auf zwei Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Was weißt du über die Summe aller Winkel in einem Dreieck? - Welches mathematische Gesetz setzt Seitenlängen und die Sinuswerte der gegenüberliegenden Winkel in Beziehung? - Überprüfe, welche Seite welchem Winkel gegenüberliegt.

Lösung

1. Über die Innenwinkelsumme gilt \(\gamma=180^\circ-42^\circ-75^\circ=63^\circ\). 2. Mit dem Sinussatz folgt \(b=\frac{a\sin(\beta)}{\sin(\alpha)}=\frac{8{,}5\sin(75^\circ)}{\sin(42^\circ)}\approx12{,}27\,\text{cm}\). 3. Ebenso gilt \(c=\frac{a\sin(\gamma)}{\sin(\alpha)}=\frac{8{,}5\sin(63^\circ)}{\sin(42^\circ)}\approx11{,}32\,\text{cm}\).

Antwort

\(\gamma=63^\circ\), \(b\approx12{,}27\,\text{cm}\) und \(c\approx11{,}32\,\text{cm}\)
4365519
Ein Dreieck \(ABC\) ist durch die Seite \(c=9\,\text{cm}\) und die Winkel \(\alpha=40^\circ\) und \(\beta=60^\circ\) eindeutig bestimmt. Berechne die Größe des Winkels \(\gamma\) sowie die Längen der Seiten \(a\) und \(b\). Runde die Seitenlängen auf eine Dezimalstelle.
Abbildung zur Aufgabe 436551

Denkanstöße

- Welchen Winkel kannst du direkt berechnen, wenn zwei andere Winkel bereits bekannt sind? - Wenn du einen Winkel und die gegenüberliegende Seite kennst, kannst du das Verhältnis für den Sinussatz nutzen. - Achte darauf, dein Rechengerät auf Gradmaß (DEG) einzustellen.

Lösung

1. Über die Innenwinkelsumme gilt \(\gamma=180^\circ-\alpha-\beta=180^\circ-40^\circ-60^\circ=80^\circ\). 2. Mit dem Sinussatz folgt \(a=\frac{c\sin(\alpha)}{\sin(\gamma)}=\frac{9\sin(40^\circ)}{\sin(80^\circ)}\approx5{,}9\,\text{cm}\). 3. Ebenso gilt \(b=\frac{c\sin(\beta)}{\sin(\gamma)}=\frac{9\sin(60^\circ)}{\sin(80^\circ)}\approx7{,}9\,\text{cm}\).

Antwort

\(\gamma=80^\circ\), \(a\approx5{,}9\,\text{cm}\) und \(b\approx7{,}9\,\text{cm}\)
4365599
Ein gleichschenkliges Dreieck \(ABC\) hat zwei gleich lange Schenkel der Länge \(s=10\,\text{cm}\), also die Seiten \(a\) und \(b\). Der Winkel an der Spitze zwischen diesen Schenkeln beträgt \(\gamma=40^\circ\). Berechne die Länge der Basis \(c\) unter Verwendung des Sinussatzes. Runde auf zwei Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Welche Eigenschaft haben die beiden Basiswinkel in einem gleichschenkligen Dreieck? - Bestimme zuerst die Basiswinkel aus der Innenwinkelsumme. - Welches bekannte Seite-Winkel-Paar kannst du anschließend im Sinussatz verwenden?

Lösung

1. Da das Dreieck gleichschenklig ist, gilt \(\alpha=\beta=\frac{180^\circ-40^\circ}{2}=70^\circ\). 2. Mit dem Sinussatz folgt \(\frac{c}{\sin(40^\circ)}=\frac{10\,\text{cm}}{\sin(70^\circ)}\). 3. Daher ist \(c=\frac{10\,\text{cm}\sin(40^\circ)}{\sin(70^\circ)}\approx6{,}84\,\text{cm}\).

Antwort

\(c\approx6{,}84\,\text{cm}\)
4369549
Gegeben ist ein Dreieck mit der Seite \(c=2\) und den anliegenden Winkeln \(\alpha=45^\circ\) und \(\beta=105^\circ\). Berechne die Länge der Seite \(a=x\) exakt.

Denkanstöße

- Bestimme zunächst den dritten Innenwinkel. - Welches gegebene Seite-Winkel-Paar kannst du mit \(a\) und seinem Gegenwinkel im Sinussatz verbinden? - Verwende die exakten Sinuswerte der Standardwinkel, damit das Ergebnis exakt bleibt.

Lösung

1. Aus der Innenwinkelsumme folgt \(\gamma=180^\circ-45^\circ-105^\circ=30^\circ\). 2. Mit dem Sinussatz gilt \(\frac{x}{\sin(45^\circ)}=\frac{2}{\sin(30^\circ)}\). 3. Daher ist \(x=\frac{2\sin(45^\circ)}{\sin(30^\circ)}=\frac{2\cdot\frac{\sqrt2}{2}}{\frac12}=2\sqrt2\).

Antwort

\(x=2\sqrt2\)
5533589
In einem Dreieck sind \(a=6\,\text{cm}\), \(\alpha=30^\circ\) und \(\beta=45^\circ\) gegeben. Berechne die Seite \(b\) mit dem Sinussatz und gib das Ergebnis exakt an.

Denkanstöße

- Welches gegebene Seite-Winkel-Paar kannst du direkt verwenden? - Ordne der gesuchten Seite \(b\) ihren Gegenwinkel zu. - Verwende die exakten Sinuswerte der beiden Standardwinkel.

Lösung

1. Mit dem Sinussatz gilt \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}\). 2. Daher ist \(b=\frac{6\,\text{cm}\sin(45^\circ)}{\sin(30^\circ)}\). 3. Mit \(\sin(45^\circ)=\frac{\sqrt2}{2}\) und \(\sin(30^\circ)=\frac12\) folgt \(b=6\sqrt2\,\text{cm}\).

Antwort

\(b=6\sqrt2\,\text{cm}\)
5563999
In einem beliebigen Dreieck \(ABC\) fällt von \(C\) die Höhe \(h_c\) auf die Seite \(c=AB\). Für die beiden entstehenden rechtwinkligen Teildreiecke gelten \(h_c=b\sin(\alpha)\) und \(h_c=a\sin(\beta)\). Leite aus diesen beiden Gleichungen die Beziehung \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}\) her und erkläre, wie daraus durch entsprechende Wiederholung der vollständige Sinussatz entsteht.

Denkanstöße

- Warum dürfen die beiden gegebenen Ausdrücke für \(h_c\) gleichgesetzt werden? - Durch welchen gemeinsamen Faktor kannst du teilen, damit Seitenlängen über Sinuswerten entstehen? - Welche Rolle würde eine entsprechend gewählte weitere Höhe für die dritte Seite spielen?

Lösung

1. Da beide Ausdrücke dieselbe Höhe beschreiben, gilt \(b\sin(\alpha)=a\sin(\beta)\). 2. Division durch \(\sin(\alpha)\sin(\beta)\) ergibt \(\frac{b}{\sin(\beta)}=\frac{a}{\sin(\alpha)}\). 3. Fällt man entsprechend eine weitere Höhe und vergleicht die zugehörigen rechtwinkligen Teildreiecke, erhält man ebenso die Gleichheit mit \(\frac{c}{\sin(\gamma)}\). 4. Damit folgt \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}=\frac{c}{\sin(\gamma)}\).

Antwort

Aus \(b\sin(\alpha)=a\sin(\beta)\) folgt \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}\); analog erhält man \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}=\frac{c}{\sin(\gamma)}\).
5564009
Für ein Dreieck sind ein spitzer Winkel \(\alpha=35^\circ\), die Seite \(b=10\,\text{cm}\) und die gegenüberliegende Seite \(a=7\,\text{cm}\) gegeben. Beim geometrischen Konstruieren kann man die mögliche Lage von \(B\) als Schnitt einer Geraden mit einem Kreis um \(C\) auffassen. Berechne zunächst die Höhe \(h=b\sin(\alpha)\). Vergleiche anschließend \(h\), \(a\) und \(b\) und entscheide daraus, ob kein, genau ein oder zwei verschiedene Dreiecke möglich sind. Runde \(h\) auf zwei Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Die Höhe \(h\) ist der kleinste Abstand vom festen Punkt \(C\) zur möglichen Grundlinie. - Vergleiche den Kreisradius \(a\) zuerst mit dieser Höhe und dann mit \(b\). - Was bedeutet es geometrisch, wenn der Radius größer als die Höhe, aber kleiner als \(b\) ist?

Lösung

1. Die Höhe beträgt \(h=10\,\text{cm}\cdot\sin(35^\circ)\approx5{,}74\,\text{cm}\). 2. Es gilt \(h<a<b\), also \(5{,}74<7<10\). 3. Damit schneidet der Kreis mit Radius \(a\) die mögliche Grundlinie in zwei zulässigen Punkten. Es entstehen zwei verschiedene Dreiecke.

Antwort

\(h\approx5{,}74\,\text{cm}\); weil \(h<a<b\) gilt, sind zwei verschiedene Dreiecke möglich.
4151829
Untersuche, wie viele verschiedene Dreiecke \(ABC\) sich aus den folgenden Angaben jeweils konstruieren lassen. Begründe deine Entscheidung durch eine Rechnung. a) \(b=8{,}0\,\text{cm}\); \(c=5{,}0\,\text{cm}\); \(\beta=100^\circ\) b) \(a=4{,}5\,\text{cm}\); \(b=6{,}0\,\text{cm}\); \(\alpha=35^\circ\)

Denkanstöße

- Verwende den Sinussatz, um den fehlenden Winkel zu bestimmen. - Zu demselben positiven Sinuswert können zwischen \(0^\circ\) und \(180^\circ\) zwei Winkel gehören. - Prüfe jede rechnerische Winkelmöglichkeit mit der Innenwinkelsumme des Dreiecks.

Lösung

1. Für a) gilt mit dem Sinussatz \(\sin(\gamma)=\frac{5{,}0\sin(100^\circ)}{8{,}0}\approx0{,}6155\). Daraus folgen rechnerisch \(\gamma_1\approx38{,}0^\circ\) und \(\gamma_2\approx142{,}0^\circ\). 2. Nur \(\gamma_1\) ist zulässig, denn \(100^\circ+38{,}0^\circ<180^\circ\), während \(100^\circ+142{,}0^\circ>180^\circ\). Damit existiert in a) genau ein Dreieck. 3. Für b) gilt \(\sin(\beta)=\frac{6{,}0\sin(35^\circ)}{4{,}5}\approx0{,}7648\). Daraus folgen \(\beta_1\approx49{,}9^\circ\) und \(\beta_2\approx130{,}1^\circ\). 4. Beide Werte sind zulässig, weil sowohl \(35^\circ+49{,}9^\circ<180^\circ\) als auch \(35^\circ+130{,}1^\circ<180^\circ\) gilt. Damit existieren in b) zwei verschiedene Dreiecke.

Antwort

a) Genau ein Dreieck, da die zweite rechnerische Lösung die Winkelsumme von \(180^\circ\) überschreitet. b) Zwei verschiedene Dreiecke, da beide rechnerischen Lösungen für \(\beta\) zusammen mit \(\alpha\) weniger als \(180^\circ\) ergeben.
4151929
Gegeben ist ein Dreieck \(ABC\) mit \(b=8\,\text{cm}\), \(\alpha=45^\circ\) und \(\gamma=60^\circ\). a) Berechne die Länge der Seite \(c\) auf zwei Nachkommastellen. b) Berechne den Flächeninhalt des Dreiecks auf zwei Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst den dritten Innenwinkel. - Welches bekannte Seite-Winkel-Paar kannst du im Sinussatz verwenden? - Welche Flächenformel nutzt zwei Seiten und den eingeschlossenen Winkel? - Verwende für b) den ungerundeten Seitenwert aus a).

Lösung

1. Der fehlende Winkel ist \(\beta=180^\circ-45^\circ-60^\circ=75^\circ\). 2. Mit dem Sinussatz gilt \(c=\frac{8\,\text{cm}\sin(60^\circ)}{\sin(75^\circ)}\approx7{,}1726\,\text{cm}\), also \(c\approx7{,}17\,\text{cm}\). 3. Für die Fläche wird der ungerundete Wert von \(c\) verwendet: \(A=\frac{1}{2}bc\sin(45^\circ)\approx20{,}2872\,\text{cm}^2\). 4. Gerundet ist \(A\approx20{,}29\,\text{cm}^2\).

Antwort

a) \(c\approx7{,}17\,\text{cm}\) b) \(A\approx20{,}29\,\text{cm}^2\)
4365579
Zwei Wanderer wollen die Entfernung zu einer Berghütte \(P\) auf der anderen Seite einer Schlucht bestimmen. Sie stecken eine Standlinie \(AB\) von \(80\,\text{m}\) Länge ab. Die Messungen der Winkel ergeben \(\alpha=42^\circ\) und \(\beta=105^\circ\). Wie weit ist die Berghütte vom Punkt \(B\) entfernt? Runde auf eine Dezimalstelle.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst den dritten Winkel im Dreieck. - Welches bekannte Seite-Winkel-Paar kannst du im Sinussatz verwenden? - Achte darauf, welche Seite der gesuchten Entfernung entspricht und welcher Winkel ihr gegenüberliegt.

Lösung

1. Der dritte Winkel beträgt \(\gamma=180^\circ-42^\circ-105^\circ=33^\circ\). 2. Mit dem Sinussatz gilt \(\frac{a}{\sin(42^\circ)}=\frac{80\,\text{m}}{\sin(33^\circ)}\). 3. Daher ist \(a=80\,\text{m}\cdot\frac{\sin(42^\circ)}{\sin(33^\circ)}\approx98{,}3\,\text{m}\).

Antwort

Die Berghütte ist etwa \(98{,}3\,\text{m}\) vom Punkt \(B\) entfernt.
5533599
Die ersten beiden Bilder zeigen dasselbe spitzwinklige Dreieck \(ABC\) mit zwei verschiedenen Höhen. Im ersten Bild ist \(h_c\) eingezeichnet, im zweiten \(h_a\). Das dritte Bild zeigt den Fall, dass \(\alpha\) stumpf ist und die Höhe \(h_c\) auf die Verlängerung von \(c\) fällt. a) Leite mit den ersten beiden Bildern für ein spitzwinkliges Dreieck den Sinussatz \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}=\frac{c}{\sin(\gamma)}\) her. b) Erkläre mit dem dritten Bild und \(\sin(180^\circ-\alpha)=\sin(\alpha)\), warum dieselbe Beziehung auch gilt, wenn \(\alpha\) stumpf ist.
Abbildung zur Aufgabe 553359

Denkanstöße

- Drücke im ersten Bild dieselbe Höhe einmal mit \(\alpha\) und einmal mit \(\beta\) aus. - Wiederhole die Idee im zweiten Bild mit einer anderen Höhe und verbinde die beiden erhaltenen Verhältnisgleichungen. - Welche spitze Winkelgröße erscheint im dritten Bild anstelle des stumpfen Winkels \(\alpha\)? - Welche Sinusbeziehung verbindet einen Winkel mit seinem Ergänzungswinkel auf \(180^\circ\)?

Lösung

1. Im ersten Bild gilt für die Höhe \(h_c\): \(h_c=b\sin(\alpha)\) und zugleich \(h_c=a\sin(\beta)\). 2. Daher ist \(b\sin(\alpha)=a\sin(\beta)\), also \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}\). 3. Im zweiten Bild gilt für die Höhe \(h_a\): \(h_a=c\sin(\beta)\) und zugleich \(h_a=b\sin(\gamma)\). 4. Daher ist \(c\sin(\beta)=b\sin(\gamma)\), also \(\frac{b}{\sin(\beta)}=\frac{c}{\sin(\gamma)}\). Zusammen mit Schritt 2 folgt der Sinussatz für spitzwinklige Dreiecke. 5. Im dritten Bild ist \(\alpha\) stumpf. Im äußeren rechtwinkligen Teildreieck liegt bei \(A\) der spitze Winkel \(180^\circ-\alpha\). Deshalb gilt \(h_c=b\sin(180^\circ-\alpha)=b\sin(\alpha)\). 6. Zugleich gilt weiterhin \(h_c=a\sin(\beta)\). Damit folgt auch im stumpfwinkligen Fall \(b\sin(\alpha)=a\sin(\beta)\). Ein Dreieck kann höchstens einen stumpfen Winkel besitzen, daher lässt sich das Argument auf den jeweils stumpfen Winkel übertragen. 7. Ist ein Winkel recht, fällt eine der verwendeten Höhen mit einer Dreiecksseite zusammen; mit \(\sin(90^\circ)=1\) bleiben dieselben Verhältnisgleichungen gültig. Damit gilt der Sinussatz für jedes Dreieck.

Antwort

a) Aus \(b\sin(\alpha)=a\sin(\beta)\) und \(c\sin(\beta)=b\sin(\gamma)\) folgt \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}=\frac{c}{\sin(\gamma)}\). b) Für stumpfes \(\alpha\) gilt \(h_c=b\sin(180^\circ-\alpha)=b\sin(\alpha)\) und zugleich \(h_c=a\sin(\beta)\). Daher bleibt dieselbe Sinussatz-Beziehung gültig.
5533609
In einem Dreieck sind \(a=7\,\text{cm}\), \(\alpha=40^\circ\) und \(\beta=65^\circ\) gegeben. Die Seite \(b\) soll bestimmt werden. Entscheide zuerst zwischen Sinussatz und Kosinussatz und begründe deine Wahl. Stelle anschließend die passende Gleichung für \(b\) auf, ohne sie auszurechnen.

Denkanstöße

- Ordne die vorhandenen Angaben nach Seiten und Winkeln, statt sofort eine Formel einzusetzen. - Gibt es bereits eine bekannte Seite zusammen mit ihrem Gegenwinkel? - Prüfe auch, welche Angaben der Kosinussatz zu Beginn verlangen würde.

Lösung

1. Gegeben sind ein vollständiges Seite-Winkel-Paar \((a,\alpha)\) und ein weiterer Winkel \(\beta\). Damit kann der Sinussatz unmittelbar verwendet werden. 2. Für den Kosinussatz fehlen zu Beginn entweder drei Seiten oder zwei Seiten mit eingeschlossenem Winkel. 3. Die passende Gleichung lautet \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{b}{\sin(\beta)}\), also \(\frac{7}{\sin(40^\circ)}=\frac{b}{\sin(65^\circ)}\).

Antwort

Sinussatz; \(\frac{7}{\sin(40^\circ)}=\frac{b}{\sin(65^\circ)}\)
5533619
Von zwei Messpunkten \(A\) und \(B\) an einem geraden Ufer wird ein markanter Baum \(C\) am gegenüberliegenden Ufer angepeilt. Die Standlinie \(AB\) ist \(60\,\text{m}\) lang. Die Innenwinkel des Dreiecks betragen bei \(A\) \(50^\circ\) und bei \(B\) \(70^\circ\). Bestimme den senkrechten Abstand \(d\) des Baums von der Standlinie \(AB\). Runde auf eine Dezimalstelle.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst den dritten Innenwinkel des Vermessungsdreiecks. - Welche Seite kannst du mit der bekannten Standlinie und einem Gegenwinkel bestimmen? - Der gesuchte Uferabstand ist eine Höhe des Dreiecks; nutze danach ein rechtwinkliges Teildreieck.

Lösung

1. Der dritte Winkel ist \(\gamma=180^\circ-50^\circ-70^\circ=60^\circ\). 2. Mit dem Sinussatz wird zunächst \(b=AC\) bestimmt: \(b=\frac{60\,\text{m}\sin(70^\circ)}{\sin(60^\circ)}\approx65{,}1038\,\text{m}\). 3. Der senkrechte Abstand ist die Höhe auf \(AB\). Im rechtwinkligen Teildreieck gilt \(d=b\sin(50^\circ)\). 4. Daher ist \(d\approx49{,}9\,\text{m}\).

Antwort

\(d\approx49{,}9\,\text{m}\)
5564019
Zwei Bergwachtstationen \(A\) und \(B\) liegen \(2{,}4\,\text{km}\) auseinander. Ein Notsender \(C\) wird so angepeilt, dass die Innenwinkel des Dreiecks bei \(A\) \(52^\circ\) und bei \(B\) \(71^\circ\) betragen. a) Bestimme die Entfernung \(BC\) auf zwei Nachkommastellen. b) Eine Drohne startet in \(B\) und hat eine sichere Reichweite von \(2{,}30\,\text{km}\). Entscheide, ob sie den Notsender auf direktem Weg erreichen kann.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst den dritten Innenwinkel. - Welcher Winkel liegt der bekannten Standlinie gegenüber, und welcher der gesuchten Entfernung? - Vergleiche die ungerundete berechnete Entfernung erst am Ende mit der Reichweitengrenze.

Lösung

1. Der dritte Winkel ist \(\gamma=180^\circ-52^\circ-71^\circ=57^\circ\). 2. Die Standlinie \(AB=2{,}4\,\text{km}\) liegt \(\gamma\) gegenüber; die gesuchte Seite \(BC\) liegt \(52^\circ\) gegenüber. 3. Mit dem Sinussatz gilt \(BC=2{,}4\,\text{km}\cdot\frac{\sin(52^\circ)}{\sin(57^\circ)}\approx2{,}26\,\text{km}\). 4. Da \(2{,}26\,\text{km}<2{,}30\,\text{km}\), reicht die sichere Reichweite für den direkten Flug.

Antwort

a) \(BC\approx2{,}26\,\text{km}\) b) Ja, die Drohne kann den Notsender innerhalb der sicheren Reichweite erreichen.
5564029
In einem Dreieck gelten \(a=8\,\text{cm}\), \(\alpha=40^\circ\) und \(\beta=65^\circ\). Mara möchte \(b\) mit dem Sinussatz bestimmen und schreibt \(\frac{b}{\sin(40^\circ)}=\frac{8}{\sin(65^\circ)}\). Erkläre ihren Zuordnungsfehler, stelle den richtigen Ansatz auf und berechne \(b\) auf zwei Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Ordne jeder Seite zuerst ihren gegenüberliegenden Winkel zu. - Prüfe in Maras Gleichung jedes Seite-Sinus-Paar einzeln. - Stelle erst den korrekten Sinussatz auf und löse ihn anschließend nach \(b\) auf.

Lösung

1. Im Sinussatz muss jede Seite mit ihrem eigenen Gegenwinkel gepaart werden. Zur Seite \(a=8\,\text{cm}\) gehört \(\alpha=40^\circ\); zur Seite \(b\) gehört \(\beta=65^\circ\). 2. Der richtige Ansatz ist \(\frac{8}{\sin(40^\circ)}=\frac{b}{\sin(65^\circ)}\). 3. Daher ist \(b=8\,\text{cm}\cdot\frac{\sin(65^\circ)}{\sin(40^\circ)}\approx11{,}28\,\text{cm}\).

Antwort

Mara vertauscht die Gegenwinkel. Richtig ist \(\frac{8}{\sin(40^\circ)}=\frac{b}{\sin(65^\circ)}\), also \(b\approx11{,}28\,\text{cm}\).
4101309
In einem Dreieck \(ABC\) sind \(a=6{,}4\,\text{cm}\), \(c=4{,}5\,\text{cm}\) und \(\gamma=35^\circ\) gegeben. Die Abbildung zeigt die beiden möglichen Lagen des Dreiecks. Berechne für beide Fälle die Winkel \(\alpha\) und \(\beta\) sowie die Seitenlänge \(b\). Runde alle nicht exakten Ergebnisse auf zwei Nachkommastellen. Erkläre außerdem, warum die Angaben kein eindeutiges Dreieck festlegen.
Abbildung zur Aufgabe 410130

Denkanstöße

- Welches bekannte Seite-Winkel-Paar kannst du im Sinussatz direkt verwenden? - Eine Gleichung der Form \(\sin(x)=k\) kann für Winkel zwischen \(0^\circ\) und \(180^\circ\) zwei Lösungen besitzen. - Prüfe für jede Winkelmöglichkeit, ob der dritte Innenwinkel positiv bleibt. - Berechne die verbleibende Seite erst, nachdem du die Winkel des jeweiligen Falls festgelegt hast.

Lösung

1. Mit dem Sinussatz gilt \(\frac{a}{\sin(\alpha)}=\frac{c}{\sin(\gamma)}\). Daher ist \(\sin(\alpha)=\frac{a\sin(\gamma)}{c}\approx0{,}815753\). 2. Daraus entstehen zwei mögliche Winkel: \(\alpha_1\approx54{,}66^\circ\) und \(\alpha_2=180^\circ-\alpha_1\approx125{,}34^\circ\). 3. Im ersten Fall ist \(\beta_1=180^\circ-35^\circ-\alpha_1\approx90{,}34^\circ\). Mit dem Sinussatz folgt \(b_1=\frac{c\sin(\beta_1)}{\sin(35^\circ)}\approx7{,}85\,\text{cm}\). 4. Im zweiten Fall ist \(\beta_2=180^\circ-35^\circ-\alpha_2\approx19{,}66^\circ\). Damit folgt \(b_2=\frac{c\sin(\beta_2)}{\sin(35^\circ)}\approx2{,}64\,\text{cm}\). 5. Die Angaben entsprechen einem SSW-Fall. Weil sowohl \(\alpha_1\) als auch sein Supplementwinkel mit der Winkelsumme vereinbar sind, entstehen zwei verschiedene Dreiecke.

Antwort

Fall 1: \(\alpha_1\approx54{,}66^\circ\), \(\beta_1\approx90{,}34^\circ\), \(b_1\approx7{,}85\,\text{cm}\) Fall 2: \(\alpha_2\approx125{,}34^\circ\), \(\beta_2\approx19{,}66^\circ\), \(b_2\approx2{,}64\,\text{cm}\) Die SSW-Angaben lassen hier zwei Dreiecke zu.
4151809
Der Sinussatz lautet \(\frac{a}{\sin(\alpha)} = \frac{b}{\sin(\beta)} = \frac{c}{\sin(\gamma)}\). Stelle dir ein rechtwinkliges Dreieck mit dem rechten Winkel bei \(\gamma = 90^\circ\) vor. 1. Leite aus dem Sinussatz die Formel für \(\sin(\alpha)\) her, indem du \(\frac{a}{\sin(\alpha)} = \frac{c}{\sin(\gamma)}\) verwendest. 2. In einem Schulbuch steht: „Der Sinussatz gilt für alle Dreiecke, die Definition \(\sin(\alpha) = \frac{\text{Gegenkathete}}{\text{Hypotenuse}}\) aber nur für rechtwinklige.“ Erkläre, warum der Sinussatz dennoch kein Widerspruch zur Definition im rechtwinkligen Dreieck ist. 3. Was passiert mit dem Sinussatz, wenn man ein gleichschenkliges Dreieck mit \(\alpha = \beta\) betrachtet? Welche einfache Beziehung zwischen den Seiten \(a\) und \(b\) folgt daraus?

Denkanstöße

- Was ist der Wert von \(\sin(90^\circ)\)? - Wie kannst du eine Gleichung mit zwei Brüchen umformen, um eine Variable zu isolieren? - Wenn zwei Winkel gleich sind, was weißt du dann über ihre Sinuswerte?

Lösung

1. Aus \(\frac{a}{\sin(\alpha)} = \frac{c}{\sin(90^\circ)}\) folgt mit \(\sin(90^\circ) = 1\) die Gleichung \(\frac{a}{\sin(\alpha)} = c\). Umgestellt nach \(\sin(\alpha)\) ergibt sich \(\sin(\alpha) = \frac{a}{c}\). 2. Der Sinussatz ist eine allgemeinere Form. Im Spezialfall eines rechten Winkels reduziert er sich exakt auf die Definition am rechtwinkligen Dreieck. Er widerspricht ihr nicht, sondern schließt sie als Sonderfall ein. 3. Wenn \(\alpha = \beta\), dann ist \(\sin(\alpha) = \sin(\beta)\). Aus \(\frac{a}{\sin(\alpha)} = \frac{b}{\sin(\beta)}\) folgt dann direkt \(a = b\). Dies entspricht der Eigenschaft, dass in einem gleichschenkligen Dreieck die Schenkel gleich lang sind.

Antwort

1. \(\sin(\alpha) = \frac{a}{c}\) 2. Der Sinussatz ist die Verallgemeinerung; für \(\gamma = 90^\circ\) liefert er dieselbe Beziehung wie die Definition im rechtwinkligen Dreieck. 3. Für \(\alpha = \beta\) gilt \(\sin(\alpha) = \sin(\beta)\), woraus \(a = b\) folgt (Gleichschenkligkeit).
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In einem Dreieck \(ABC\) sind \(c=12{,}0\,\text{cm}\) und \(\alpha=40^\circ\) vorgegeben. Die Seite \(a\) liegt dem Winkel \(\alpha\) gegenüber. 1. Bestimme die Mindestlänge von \(a\), damit überhaupt ein Dreieck existiert. Runde auf zwei Nachkommastellen. 2. Welcher besondere Dreieckstyp liegt vor, wenn \(a\) genau diese Mindestlänge hat? Bestimme dann \(\gamma\).

Denkanstöße

- Welche ist die kürzeste Verbindung von einem Punkt zu einer Geraden? - Wie lässt sich diese senkrechte Entfernung mit \(c\) und \(\alpha\) ausdrücken? - Was geschieht geometrisch im Grenzfall, wenn \(a\) genau diese Entfernung erreicht?

Lösung

1. Die kleinste mögliche Länge von \(a\) ist die senkrechte Entfernung von \(B\) zur Geraden durch \(A\) und \(C\). Im entstehenden rechtwinkligen Dreieck gilt \(\sin(40^\circ)=\frac{a_{\min}}{12\,\text{cm}}\). 2. Daher ist \(a_{\min}=12\,\text{cm}\cdot\sin(40^\circ)\approx7{,}71\,\text{cm}\). 3. Bei genau dieser Länge fällt \(C\) mit dem Lotfuß zusammen. Das Dreieck ist dann rechtwinklig und \(\gamma=90^\circ\).

Antwort

1. \(a_{\min}\approx7{,}71\,\text{cm}\) 2. Rechtwinkliges Dreieck mit \(\gamma=90^\circ\)
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Untersuche die Eindeutigkeit der Dreieckskonstruktion für die folgenden Maße: Die Seite \(a\) ist \(5\,\text{cm}\) lang, die Seite \(c\) ist \(7\,\text{cm}\) lang und der Winkel \(\alpha\) gegenüber der Seite \(a\) beträgt \(40^\circ\). a) Berechne die möglichen Werte für den Winkel \(\gamma\). Runde auf zwei Nachkommastellen. b) Erkläre anhand deiner Ergebnisse, warum in diesem Fall zwei nicht-kongruente Dreiecke konstruiert werden können.

Denkanstöße

- Welche Beziehung zwischen Seiten und ihren gegenüberliegenden Winkeln hilft hier weiter? - Vergleiche \(a\) mit der Höhe \(c\sin(\alpha)\) und mit \(c\). - Zu einem Sinuswert können zwischen \(0^\circ\) und \(180^\circ\) zwei Winkel gehören; prüfe beide mit der Winkelsumme.

Lösung

1. Für einen spitzen Winkel \(\alpha\) gibt es im mehrdeutigen SsW-Fall genau zwei Dreiecke, wenn \(c\sin(\alpha)<a<c\). Hier gilt \(7\sin(40^\circ)\approx4{,}50<5<7\). 2. Mit dem Sinussatz gilt \(\sin(\gamma)=\frac{c\sin(\alpha)}{a}=\frac{7\sin(40^\circ)}{5}\approx0{,}8999\). 3. Der erste mögliche Winkel ist \(\gamma_1\approx64{,}15^\circ\); der zweite ist der Supplementwinkel \(\gamma_2=180^\circ-\gamma_1\approx115{,}85^\circ\). 4. Beide Fälle sind zulässig, weil jeweils \(\alpha+\gamma<180^\circ\) gilt. Somit entstehen zwei nicht-kongruente Dreiecke.

Antwort

a) \(\gamma_1\approx64{,}15^\circ\) und \(\gamma_2\approx115{,}85^\circ\) b) Es gibt zwei Dreiecke, weil \(c\sin(\alpha)<a<c\) gilt und beide möglichen Winkel \(\gamma\) zusammen mit \(\alpha\) eine Winkelsumme unter \(180^\circ\) ergeben.
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Untersuche, wie viele verschiedene Dreiecke mit den Maßen \(b=7{,}2\,\text{cm}\), \(c=5{,}4\,\text{cm}\) und \(\gamma=38^\circ\) existieren. Bestimme für alle möglichen Fälle die fehlenden Winkel \(\alpha\) und \(\beta\). Runde berechnete Winkel auf zwei Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Vergleiche \(c\) mit der Höhe \(b\sin(\gamma)\) und mit \(b\). - Zu einem Sinuswert können zwischen \(0^\circ\) und \(180^\circ\) zwei Winkel gehören. - Prüfe beide Winkelmöglichkeiten mit der Innenwinkelsumme und bestimme dann jeweils den dritten Winkel.

Lösung

1. Für den spitzen Winkel \(\gamma\) gibt es im mehrdeutigen SsW-Fall genau zwei Dreiecke, wenn \(b\sin(\gamma)<c<b\). Hier gilt \(7{,}2\sin(38^\circ)\approx4{,}43<5{,}4<7{,}2\). 2. Mit dem Sinussatz gilt \(\sin(\beta)=\frac{7{,}2\sin(38^\circ)}{5{,}4}\approx0{,}8209\). 3. Daraus folgen \(\beta_1\approx55{,}17^\circ\) und \(\beta_2\approx124{,}83^\circ\). Beide Fälle sind zulässig, weil jeweils \(\beta+\gamma<180^\circ\) gilt. 4. Die verbleibenden Winkel sind \(\alpha_1\approx86{,}83^\circ\) und \(\alpha_2\approx17{,}17^\circ\).

Antwort

Es existieren zwei verschiedene Dreiecke. 1. Fall: \(\beta_1\approx55{,}17^\circ\) und \(\alpha_1\approx86{,}83^\circ\) 2. Fall: \(\beta_2\approx124{,}83^\circ\) und \(\alpha_2\approx17{,}17^\circ\)
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Aya vermisst einen dreieckigen Geländeabschnitt. Zwei Seiten sind \(120\,\text{m}\) und \(80\,\text{m}\) lang. Der Winkel, der der kürzeren der beiden Seiten gegenüberliegt, beträgt \(35^\circ\). Begründe, weshalb die Länge der dritten Seite durch diese Angaben nicht eindeutig festgelegt ist, und berechne die beiden möglichen Werte für diese Seite. Runde auf zwei Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Vergleiche die kürzere gegebene Seite mit der Höhe zur längeren Seite und mit der längeren Seite selbst. - Welche zwei Winkel zwischen \(0^\circ\) und \(180^\circ\) können denselben Sinuswert besitzen? - Bestimme erst die möglichen Winkel und daraus anschließend jeweils die dritte Seite.

Lösung

1. Setze \(a=80\,\text{m}\), \(b=120\,\text{m}\) und \(\alpha=35^\circ\). Für den mehrdeutigen SsW-Fall gilt hier \(b\sin(\alpha)<a<b\), denn \(120\sin(35^\circ)\approx68{,}83<80<120\). 2. Mit dem Sinussatz ist \(\sin(\beta)=\frac{b\sin(\alpha)}{a}=\frac{120\sin(35^\circ)}{80}\approx0{,}8604\). 3. Daraus folgen \(\beta_1\approx59{,}36^\circ\) und \(\beta_2\approx120{,}64^\circ\). Die zugehörigen dritten Winkel sind \(\gamma_1\approx85{,}64^\circ\) und \(\gamma_2\approx24{,}36^\circ\). 4. Mit dem Sinussatz erhält man unter Verwendung der ungerundeten Winkelwerte \(c_1\approx139{,}07\,\text{m}\) und \(c_2\approx57{,}52\,\text{m}\).

Antwort

Die dritte Seite ist nicht eindeutig festgelegt, weil die SsW-Daten zwei zulässige Dreiecke ergeben. Die beiden möglichen Längen sind \(c_1\approx139{,}07\,\text{m}\) und \(c_2\approx57{,}52\,\text{m}\).

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