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Mathe

Warum die Seitenverhältnisse gleich bleiben

Der Sinus gehört zum Winkel, nicht zur Größe des Dreiecks. Das liegt an ähnlichen Dreiecken.

  • ca. 10 Minuten
  • Klasse 10
  • Niveau: Plus

Das lernst du heute

  • Ich erkläre, warum sin, cos und tan nur vom Winkel abhängen.
  • Ich nutze den Streckfaktor, um Seiten ähnlicher Dreiecke zu vergleichen.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Der Streckfaktor, Die Winkelsumme im Dreieck

Zeichne zwei rechtwinklige Dreiecke mit demselben spitzen Winkel α. Auch der dritte Winkel stimmt überein, denn die Winkelsumme ist immer 180°. Die Dreiecke haben also dieselbe Form und sind ähnlich. Eines ist nur größer.

Bei ähnlichen Dreiecken sind alle Seiten des größeren Dreiecks k-mal so lang. Die Zahl k heißt Streckfaktor. Hat das kleine Dreieck die Gegenkathete a und die Hypotenuse c, dann hat das große die Seiten k · a und k · c.

Im Verhältnis kürzt sich k heraus: (k · a) : (k · c) = a : c. Darum ist sin α in beiden Dreiecken gleich. Dasselbe gilt für cos α und tan α. Die Seitenverhältnisse hängen nur vom Winkel ab. Deshalb kann ein Taschenrechner zu jedem Winkel den passenden Wert angeben.

Alle Dreiecke haben dieselbe Form. Das Verhältnis bleibt 0,6.
Streckfaktor kGegenkatheteHypotenusesin α
135drei Fünftel = 0,6
2610sechs Zehntel = 0,6
3915neun 15tel = 0,6
41220zwölf 20stel = 0,6

Das Verhältnis im vergrößerten Dreieck

  1. Kleines Dreieck: 3, 4, 5. Streckfaktor k = 4.
  2. Großes Dreieck: 12, 16, 20.
  3. sin α im großen Dreieck: 12 : 20.
  4. Kürzen mit 4 ergibt 3 : 5 = 0,6.
  5. Das ist derselbe Wert wie im kleinen Dreieck.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Ein Foto kann man vergrößern. Die Form bleibt gleich.

So ist es auch bei Dreiecken.

Das Verhältnis zweier Seiten ändert sich dabei nicht.

Ein Beispiel

Beispiel

Eine Leiter lehnt an einer Wand und bildet mit dem Boden einen Winkel von 60°. Eine doppelt so lange Leiter lehnt im selben Winkel. Sie reicht doppelt so hoch. Das Verhältnis Höhe : Leiterlänge bleibt gleich.

Schritt für Schritt

Wir prüfen ein Dreieck mit dem Streckfaktor 3

  1. Kleines Dreieck: Gegenkathete 3, Ankathete 4, Hypotenuse 5.
  2. Streckfaktor 3: Gegenkathete 9, Ankathete 12, Hypotenuse 15.
  3. tan α klein: 3 : 4 = 0,75.
  4. tan α groß: 9 : 12 = 0,75. Gleicher Wert.

Mit einem Bild erklärt

DreieckGegenkatheteAnkathetetan α
klein340,75
groß (k = 3)9120,75

Zur Grundlage zurück

Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Ein Dreieck hat die Seiten 3, 4 und 5. Ein ähnliches Dreieck ist 5-mal so groß. Wie lang ist seine Hypotenuse?

Zeig mir den ersten Schritt

Multipliziere die Hypotenuse mit dem Streckfaktor.

Lösung ansehen

Lösung: 25

5 · 5 = 25.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Im Dreieck ist die Gegenkathete 6 und die Hypotenuse 10. Ein ähnliches Dreieck hat die Hypotenuse 25. Wie lang ist dort die Gegenkathete?

Zeig mir den ersten Schritt

Der Streckfaktor ist 25 : 10 = 2,5. Nimm 6 mal 2,5. Oder nutze sin α = 6 : 10 = 0,6.

Lösung ansehen

Lösung: 15

6 · 2,5 = 15. Probe: 15 : 25 = 0,6.

Tipp: Ein gleichseitiges Dreieck mit der Seite 2 wird durch seine Höhe in zwei rechtwinklige Dreiecke geteilt. Ihre Winkel sind 30°, 60° und 90°. Die kürzere Kathete ist 1, die Hypotenuse 2. Also gilt sin 30° = ein halb = 0,5, egal wie groß das Dreieck ist.

Merksatz: Ähnliche rechtwinklige Dreiecke haben gleiche Seitenverhältnisse. Darum hängen sin α, cos α und tan α nur vom Winkel α ab.

Typischer Fehler: Viele meinen, ein größeres Dreieck habe auch einen größeren Sinus. Das stimmt nicht. Alle Seiten wachsen im gleichen Maß. Das Verhältnis bleibt gleich.

Prüfen

Mini-Quiz

4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Zwei rechtwinklige Dreiecke haben beide einen Winkel von 40°. Die Seiten des einen Dreiecks sind doppelt so lang wie die Seiten des anderen. Was gilt für sin 40°?
Lösung ansehen

Lösung: Er ist in beiden Dreiecken gleich.

Frage 2 Wenn ein Dreieck größer ist, wird auch sin α größer.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 3 Warum sind zwei rechtwinklige Dreiecke mit gleichem spitzem Winkel ähnlich?
Lösung ansehen

Lösung: Auch der dritte Winkel ist gleich.

Frage 4 Ein Dreieck hat die Seiten 5, 12 und 13. Es wird mit dem Faktor 2 vergrößert. Wie lang ist die längste Seite?

Zeig mir den ersten Schritt

Die längste Seite ist die Hypotenuse.

Lösung ansehen

Lösung: 26

13 · 2 = 26.

Geschafft

Wenn zwei rechtwinklige Dreiecke einen spitzen Winkel gemeinsam haben, sind sie ähnlich. Ihre Seitenverhältnisse sind gleich. Deshalb gehört zu jedem Winkel genau ein Sinus-, Kosinus- und Tangenswert.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Trigonometrie im Dreieck

Kurz erklärt, 48 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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