Sinussatz

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In der Trigonometrie stellt der Sinussatz eine Beziehung zwischen den Winkeln eines allgemeinen Dreiecks und den gegenüberliegenden Seiten her.

Definition[Bearbeiten]

Sinussatz.svg

Sind a, b und c die Seiten eines Dreiecks mit Flächeninhalt F, α, β und γ die jeweils gegenüber liegenden Winkel und r der Radius des Umkreises, dann gilt mit der Sinusfunktion \sin:

\frac{a}{\sin \alpha} = \frac{b}{\sin \beta} = \frac{c}{\sin \gamma} =\frac{a b c}{2F}= 2r

Wenn mit Hilfe des Sinussatzes Winkel im Dreieck errechnet werden sollen, muss darauf geachtet werden, dass es im Intervall [0°;180°] im Allgemeinen zwei verschiedene Winkel mit demselben Sinuswert gibt; diese Zweideutigkeit entspricht der des Kongruenzsatzes SSW.

Zum Zusammenhang mit den Kongruenzsätzen und zur Systematik der Dreiecksberechnung siehe den Artikel zum Kosinussatz.

In der sphärischen Trigonometrie gibt es einen entsprechenden Satz, der ebenfalls als Sinussatz bezeichnet wird.

Geschichte[Bearbeiten]

Er wurde von Abu Nasr Mansur (persischer Mathematiker und Astronom; um 960 bis 1036 n. Chr.) erstmals bewiesen. Der erste Beweis wird in einigen wenigen Quellen Al-Battani, in anderen Abu Mahmud al-Chudschandi zugeschrieben.

Beweis[Bearbeiten]

Dreieck mit Höhe h_c

Die eingezeichnete Höhe h_c zerlegt das Dreieck in zwei rechtwinklige Teildreiecke, in denen man die Sinuswerte von \alpha und \beta jeweils als Quotient von Gegenkathete und Hypotenuse ausdrücken kann:

\sin \alpha = \frac{h_c}{b}
\sin \beta = \frac{h_c}{a}

Auflösen nach h_c ergibt:

h_c = b \cdot \sin \alpha
h_c = a \cdot \sin \beta

Durch Gleichsetzen erhält man demnach

a \cdot \sin \beta = b \cdot \sin \alpha.

Dividiert man nun durch \sin \alpha \cdot \sin \beta, so erhält man den ersten Teil der Behauptung:

\frac a{\sin \alpha} = \frac b{\sin \beta}

Die Gleichheit mit \tfrac c{\sin \gamma} ergibt sich entsprechend durch Benutzung der Höhe h_a oder h_b. Um auch noch die Übereinstimmung mit 2 r zu zeigen, die streng genommen nicht zum Sinussatz gehört, benötigt man die bekannten Sätze über Umfangswinkel (Peripheriewinkel) und Mittelpunktswinkel (Zentriwinkel).

Anwendungsbeispiel[Bearbeiten]

Die folgenden Zahlenwerte sind grobe Näherungen. In einem Dreieck ABC sind folgende Seiten- und Winkelgrößen bekannt (Bezeichnungen wie üblich):

a = 5{,}4\,\mathrm{cm};\ b = 3{,}8\,\mathrm{cm};\ \alpha = 73^\circ.

Gesucht sind die Größen der restlichen Seiten und Winkel. Als erstes verwendet man den Sinussatz zur Berechnung von \beta. Danach gilt

\frac a{\sin \alpha} = \frac b{\sin \beta},

was sich umformen lässt zu

\sin \beta = \frac{b \cdot\sin \alpha}a = \frac{3{,}8\,\mathrm{cm} \cdot \sin 73^\circ}{5{,}4\,\mathrm{cm}}
\approx 0{,}67,

woraus sich mit Hilfe des Arkussinus, der Umkehrfunktion des Sinus,

\beta \approx  \arcsin(0{,}67)\approx 42^\circ

errechnen lässt.

Eigentlich gibt es noch einen zweiten Winkel mit demselben Sinuswert, nämlich \beta' = 180^\circ - \beta \approx 138^\circ. Dieser kommt als Lösung aber nicht in Betracht, da sonst die Winkelsumme des Dreiecks die vorgeschriebenen 180^\circ überschreiten würde.

\gamma erhält man nun mit Hilfe der Winkelsumme

\gamma = 180^\circ - \alpha - \beta \approx 180^\circ - 73^\circ - 42^\circ = 65^\circ.

Die Seitenlänge c soll wieder mit dem Sinussatz ermittelt werden. (Auch der Kosinussatz wäre hier möglich.) Es gilt

\frac a{\sin \alpha} = \frac c{\sin \gamma}.

Durch Umformung gelangt man so zum Ergebnis

c = \frac{a \cdot \sin \gamma}{\sin \alpha}
\approx \frac{5{,}4\,\mathrm{cm} \cdot \sin 65^\circ}{\sin 73^\circ}
\approx 5{,}1\,\mathrm{cm}.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Manfred Leppig (Hrsg.): Lernstufen Mathematik. 1. Auflage, 4. Druck. Girardet, Essen 1981, ISBN 3-7736-2005-5, S. 189–190.
  • H. S. M. Coxeter, S. L. Greitzer: Geometry Revisited. Washington, DC: Math. Assoc. Amer., S. 1-3

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Sinussatz – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien