Die Gondel im Koordinatensystem
AFB I–IIEin Riesenrad hat einen Radius von \(20\,\mathrm m\). Der Mittelpunkt liegt im Ursprung eines Koordinatensystems. Die Lage einer Gondel \(G\) wird durch den Winkel \(\alpha\) beschrieben, gemessen von der positiven \(x\)-Achse gegen den Uhrzeigersinn.
- Geben Sie die Koordinaten der Gondel für \(\alpha=90^\circ\) und für \(\alpha=180^\circ\) an.
- Berechnen Sie die Koordinaten der Gondel für \(\alpha=50^\circ\) auf cm genau.
- Erklären Sie, warum man die Koordinaten mit dem Faktor \(20\) aus den Werten am Einheitskreis erhält.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(\alpha=90^\circ\): \(G(0\,|\,20)\) — ganz oben. \(\alpha=180^\circ\): \(G(-20\,|\,0)\) — ganz links.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(x=20\cdot\cos50^\circ\approx12{,}86\,\mathrm m\), \(y=20\cdot\sin50^\circ\approx15{,}32\,\mathrm m\). Also \(G(12{,}86\,|\,15{,}32)\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Das Dreieck aus Mittelpunkt, Gondel und Lotfußpunkt ist zum entsprechenden Dreieck im Einheitskreis ähnlich (gleiche Winkel). Die Hypotenuse ist \(20\)-mal so lang, also auch beide Katheten: \(x=20\cos\alpha\), \(y=20\sin\alpha\).
Zwei Winkel, ein Sinus
AFB II–IIIEmma behauptet: „Es gibt genau einen Winkel \(\alpha\) zwischen \(0^\circ\) und \(360^\circ\) mit \(\sin\alpha=0{,}4\) — den liefert der Rechner mit \(\sin^{-1}\).“
- Widerlegen Sie Emmas Behauptung mit einem Gegenbeispiel.
- Ermitteln Sie für beide Winkel den Kosinus ohne erneute Winkelberechnung.
- Zeigen Sie allgemein, dass \(\sin(180^\circ-\alpha)=\sin\alpha\) und \(\cos(180^\circ-\alpha)=-\cos\alpha\) gilt.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(\sin^{-1}(0{,}4)\approx23{,}6^\circ\). Auch \(180^\circ-23{,}6^\circ=156{,}4^\circ\) hat den Sinus \(0{,}4\): Die Waagerechte schneidet den Kreis zweimal. Emmas Aussage ist falsch.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\((\cos\alpha)^2=1-0{,}16=0{,}84\), also \(|\cos\alpha|\approx0{,}917\). Bei \(23{,}6^\circ\) (I. Quadrant) \(\cos\alpha\approx0{,}917\), bei \(156{,}4^\circ\) (II. Quadrant) \(\cos\alpha\approx-0{,}917\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Spiegelung an der \(y\)-Achse bildet \(P(\cos\alpha\,|\,\sin\alpha)\) auf \(P'(-\cos\alpha\,|\,\sin\alpha)\) ab. Der Bildpunkt schließt mit der negativen \(x\)-Achse den Winkel \(\alpha\) ein, also mit der positiven den Winkel \(180^\circ-\alpha\). Vergleich der Koordinaten liefert beide Gleichungen.
