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Trigonometrierechner

Trigonometrische Funktionen und Umkehrfunktionen berechnen sowie Dreiecke lösen

Trigonometrische Funktionen

Grundverhältnisse
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Pythagoräische Identität
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Tangens-Identität
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Trigonometrie verstehen

Die Trigonometrie befasst sich mit den Beziehungen zwischen Winkeln und Seiten von Dreiecken. Das Wort stammt aus dem Griechischen: 'trigonon' (Dreieck) und 'metron' (Maß). Sie ist grundlegend für Mathematik, Physik, Ingenieurwissenschaften, Astronomie und viele weitere Fachgebiete.

Die sechs trigonometrischen Funktionen – Sinus, Kosinus, Tangens, Kosekans, Sekans und Kotangens – setzen einen Winkel in Beziehung zu Seitenverhältnissen in einem rechtwinkligen Dreieck. Diese Funktionen gehen über Dreiecke hinaus und beschreiben periodische Phänomene wie Wellen, Schwingungen und Kreisbewegungen.

Die Trigonometrie verbindet Geometrie mit Algebra und ermöglicht die Lösung von Problemen mit Winkeln, Entfernungen und periodischen Vorgängen. Von der Berechnung von Gebäudehöhen bis zur Modellierung von Schallwellen – Trigonometrie ist allgegenwärtig.

Die sechs trigonometrischen Funktionen

📐

Sinus (sin)

Gegenkathete / Hypotenuse. Hauptfunktion für Wellen und Schwingungen.

📏

Kosinus (cos)

Ankathete / Hypotenuse. 90°-Phasenverschiebung gegenüber dem Sinus.

📊

Tangens (tan)

Gegenkathete / Ankathete = sin/cos. Steigung einer Geraden unter dem Winkel θ.

🔄

Kehrwerte

csc = 1/sin, sec = 1/cos, cot = 1/tan.

Häufige Winkelwerte

Diese besonderen Winkelwerte sollten Sie für die schnelle Orientierung auswendig kennen:

Winkelsincostan
0° (0)010
30° (π/6)1/2√3/21/√3
45° (π/4)√2/2√2/21
60° (π/3)√3/21/2√3
90° (π/2)10nicht definiert
180° (π)0-10

Wichtige trigonometrische Identitäten

🔷

Pythagoräische Identitäten

sin²θ + cos²θ = 1, 1 + tan²θ = sec²θ, 1 + cot²θ = csc²θ. Aus dem Satz des Pythagoras abgeleitet.

Additions-/Subtraktionsformeln

sin(A±B) = sinA·cosB ± cosA·sinB. cos(A±B) = cosA·cosB ∓ sinA·sinB. Unerlässlich für die Kombination von Winkeln.

✖️

Doppelwinkelformeln

sin(2θ) = 2sinθ·cosθ. cos(2θ) = cos²θ − sin²θ = 2cos²θ − 1 = 1 − 2sin²θ.

🔄

Komplementwinkel-Identitäten

sin(90°−θ) = cosθ, cos(90°−θ) = sinθ. Funktionen komplementärer Winkel sind miteinander verknüpft.

Häufig gestellte Fragen

Wann sollte ich Grad und wann Bogenmaß verwenden?

Verwenden Sie Grad für alltägliche Winkel (Architektur, Navigation). Bogenmaß eignet sich für Analysis, Physik und höhere Mathematik – es vereinfacht Formeln. π Bogenmaß = 180°.

Warum ist tan(90°) nicht definiert?

tan(90°) = sin(90°)/cos(90°) = 1/0. Division durch null ist nicht definiert. Die Tangentenfunktion hat senkrechte Asymptoten bei 90°, 270° usw.

Was sind inverse trigonometrische Funktionen?

arcsin, arccos, arctan (auch als sin⁻¹, cos⁻¹, tan⁻¹ geschrieben) ermitteln den Winkel aus einem gegebenen Verhältnis. Wenn sin(30°) = 0,5, dann ist arcsin(0,5) = 30°.

Wie löse ich ein Dreieck?

Verwenden Sie den Sinussatz (a/sinA = b/sinB = c/sinC), wenn Sie einen Winkel und seine gegenüberliegende Seite kennen. Nutzen Sie den Kosinussatz (c² = a² + b² − 2ab·cosC) für andere Fälle.

Beispiele

sin(60°) am Einheitskreis

Bestimmen Sie sin(60°) mit Hilfe des Einheitskreises und überprüfen Sie das Ergebnis anschließend numerisch.

Ergebnissin(60°) = √3/2 ≈ 0,866

Auf dem Einheitskreis liegt der Punkt zum Winkel 60° bei (cos 60°, sin 60°) = (1/2, √3/2). Der y-Wert entspricht dem Sinus. Numerisch ergibt sich √3/2 ≈ 1,7320508/2 ≈ 0,8660254, also rund 0,866. Im 30-60-90-Dreieck mit Hypotenuse 1 hat die Gegenkathete zum 60°-Winkel ebenfalls die Länge √3/2 – das passt zu sin(60°) = Gegenkathete/Hypotenuse. Stellen Sie den Taschenrechner auf den Modus „Grad“, sonst liefert sin(60) im Bogenmaß einen falschen Wert (≈ −0,305).

Häufig gestellte Fragen

Was bedeutet die Eselsbrücke „GAGA HHAG“ für Trigonometrie?

„GAGA HHAG“ steht für Gegenkathete-Ankathete-Gegenkathete-Ankathete über Hypotenuse-Hypotenuse-Ankathete-Gegenkathete und merkt die Reihenfolge: Sinus = Gegenkathete/Hypotenuse, Kosinus = Ankathete/Hypotenuse, Tangens = Gegenkathete/Ankathete. Die Hypotenuse ist immer die Seite gegenüber dem rechten Winkel, Gegen- und Ankathete werden bezogen auf den betrachteten Winkel benannt.

Wie hängt der Einheitskreis mit Sinus und Kosinus zusammen?

Der Einheitskreis ist ein Kreis mit Radius 1 um den Koordinatenursprung. Für einen Winkel θ, gemessen gegen den Uhrzeigersinn von der positiven x-Achse, hat der zugehörige Kreispunkt die Koordinaten (cos θ, sin θ). Dadurch sind Sinus und Kosinus auch für Winkel über 90° und negative Winkel definiert, ihre Vorzeichen in den vier Quadranten lassen sich direkt ablesen, und die Periodizität von 360° (bzw. 2π) wird anschaulich.

Wie rechne ich zwischen Grad und Bogenmaß um?

Verwenden Sie die Beziehung: Bogenmaß = Grad × π/180 und Grad = Bogenmaß × 180/π. Beispiele: 180° = π rad, 90° = π/2 rad, 60° = π/3 rad, 30° = π/6 rad. In der Analysis und in der Physik wird fast immer das Bogenmaß genutzt, weil dann Ableitungen wie d/dx sin x = cos x gelten. Achten Sie vor jeder sin-, cos- oder tan-Berechnung auf den Modus Ihres Rechners (DEG/RAD).

Welche Sinus- und Kosinuswerte sollte ich auswendig kennen?

Merken Sie sich die Werte für 0°, 30°, 45°, 60° und 90°: sin(0°)=0, sin(30°)=1/2, sin(45°)=√2/2, sin(60°)=√3/2, sin(90°)=1. Für den Kosinus gilt die gleiche Reihe rückwärts: cos(0°)=1, cos(30°)=√3/2, cos(45°)=√2/2, cos(60°)=1/2, cos(90°)=0. Der Tangens folgt aus tan = sin/cos: tan(45°)=1, tan(60°)=√3, tan(90°) ist nicht definiert.

Wann verwende ich Sinussatz, wann Kosinussatz?

Der Sinussatz (a/sinα = b/sinβ = c/sinγ) eignet sich, wenn zwei Winkel und eine Seite (WSW oder SWW) oder zwei Seiten und ein nicht eingeschlossener Winkel (SsW) bekannt sind. Der Kosinussatz (c² = a² + b² − 2ab·cosγ) ist nötig, sobald drei Seiten (SSS) oder zwei Seiten und der eingeschlossene Winkel (SWS) gegeben sind – der Sinussatz allein reicht hier nicht aus.

Warum ist tan(90°) nicht definiert?

Es gilt tan(θ) = sin(θ)/cos(θ). Für θ = 90° wird cos(90°) = 0, sodass durch null geteilt würde. Deshalb ist tan(90°) nicht definiert; die Tangensfunktion hat dort eine senkrechte Asymptote. Das gleiche Verhalten tritt bei 270°, 450° usw. auf, also bei allen Winkeln der Form 90° + k·180° (k ganzzahlig).

Was sind die inversen trigonometrischen Funktionen?

Die Umkehrfunktionen arcsin, arccos und arctan (auch sin⁻¹, cos⁻¹, tan⁻¹) liefern zu einem gegebenen Funktionswert den zugehörigen Winkel. Beispiel: arcsin(0,5) = 30°, weil sin(30°) = 0,5. Damit jede Umkehrfunktion eindeutig ist, werden die Wertebereiche eingeschränkt: arcsin und arctan liefern Werte in [−90°, 90°], arccos in [0°, 180°].

Quellen

Profi-Tipps

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