2.5  Einführung von Sinus, Kosinus und Tangens

Nach Anklicken dieser Zeile sehen wir: Einem an einer Spiralfeder  auf und ab schwingenden Gegenstand G kann ein gleichförmig  kreisender  Zeiger   zugeordnet  werden,  dessen  Spitze sich  immer auf der Höhe von G befindet. 


Abb. 1

Diese Tatsache  ermöglicht die  Bestimmung des Körperstandortes zu bestimmten Zeitpunkten. Wenn z.B. ein Körper mit der Schwingungsweite  A = 10 cm und der Schwingungszeit T (Dauer einer Schwingung) zum Zeitpunkt t = 0 nach oben durch die Ruhelage ( x-Achse) schwingt,  dann  kann  der Standort   1/10 T später  auf folgende Weise bestimmt werden (siehe Abb. 1): Ein Zeiger Z der Länge A wird so in das Koordinatensystem eingezeichnet, dass er mit der x-Achse einen 36°-Winkel bildet ( 36° = 360°/10). Mit dem y-Wert yz der Zeigerspitze erhält man die Auslenkung des schwingenden Körpers.



Zunächst kann die Auslenkung yz nur anhand einer Zeichnung bestimmt werden. Eine  Berechnungsmethode   erscheint   wünschenswert.   Die   Abhängigkeit   der   Auslenkung   yz  vom Radius r  und dem Winkel α soll deshalb untersucht werden. Nach dem  Strahlensatz  gilt bei konstantem Winkel:    yz  ~ r  →     yz /r = Konstante k.    yz /r  ist ausschließlich vom Winkel  α abhängig.

Dies nur von α abhängige Verhältnis yz / r nennen wir sin α (sprich Sinus von α ).

yz /r = sin α

Nach Anklicken dieser Zeile wird die Abhängigkeit des Terms sin(α) von α graphisch dargestellt.

Der für diese Darstellung gewählte Zeiger ist eine Längeneinheit lang. 

Somit gilt in diesem Fall:  sin(α) = yz / r = yz / 1 = yz

yz ist der y-Wert der Zeigerspitze.

Für den ebenfalls durch α festgelegten Quotienten xz /r  schreiben wir cos α (sprich Kosinus von α).

xz /r = cos α  

Nach Anklicken dieser Zeile wird die Abhängigkeit des Terms cos(α) von α graphisch dargestellt.

Der für diese Darstellung gewählte Zeiger ist eine Längeneinheit lang. 

Somit gilt in diesem Fall:  cos(α) = xz / r = xz / 1 = xz

xz ist der x-Wert der Zeigerspitze.

Die der Kreisbewegung zugeordnete x-Achse ist bei dieser Vorführung nach oben gerichtet.

Beim Vergleich der Darstellungen zu sin α und cos α fällt auf:      cos(α-90°) = sin(α)      →   cos(α) = sin(α+90°)

Der Quotient  yz / xz trägt den Namen tan α ( sprich Tangens von α )

yz /xz = tan α  

yz /r = sin α; xz /r = cos α   →    sin α / cos α = tan α


In Abb. 2 ist erkennbar, wie am Einheitskreis ( Kreis mit dem Radius eine Längeneinheit) tan α zu einem Winkel α  bestimmt werden kann.

Abb. 2

Nach Anklicken dieser Zeile wird tan(α) in Abhängigkeit von α graphisch dargestellt.

Berechnung von sin- cos- und tan- Werten