Doppelwinkelformeln

Lerne die Doppelwinkelformeln für Sinus, Kosinus und Tangens, um Ausdrücke zu vereinfachen und Gleichungen zu lösen.

Fortgeschritten30 MinLektion

Definition

Die Doppelwinkelformeln drücken trigonometrische Funktionen von durch Funktionen von aus.

Sinus-Doppelwinkelformel

Kosinus-Doppelwinkelformel (Drei Formen)

Tangens-Doppelwinkelformel

Diese Identitäten werden aus den Additionstheoremen abgeleitet, indem beide Winkel gleich gesetzt werden.

Probier es gleich aus

Wie lautet die Doppelwinkelformel für Sinus?

Lösungsbeispiele

Verwende das Additionstheorem , um herzuleiten.

1

Beginne mit dem Additionstheorem

Additionstheorem

2

Setze

3

Fasse zusammen

Häufige Fehler

Schreiben von

Warum es falsch ist: Schüler vergessen manchmal den Kosinusfaktor. Die Sinusfunktion ist nicht linear, daher kann man das Argument nicht einfach verdoppeln, indem man den Ausgabewert verdoppelt.

Richtig: — sowohl Sinus ALS AUCH Kosinus von werden benötigt.

Verwendung der falschen Form von

Warum es falsch ist: Es gibt drei äquivalente Formen. Die Wahl der falschen kann Aufgaben schwieriger machen.

Richtig: Wähle die Form, die zu deinen Daten passt: verwende wenn du kennst, verwende wenn du kennst.

Vergessen des Vorzeichens im Nenner von

Warum es falsch ist: Die Formel hat im Nenner, nicht .

Richtig:

Interaktive Visualisierung

Einheitskreis

Grad

0°

Bogenmaß

0

sin(θ)

0

cos(θ)

1

tan(θ)

0

Koordinaten (cos, sin)

(1, 0)

Klicke und ziehe, um den Winkel im Einheitskreis zu drehen.

Rechtwinkliges Dreieck Trigonometrie

θ =30°
45°85°
sin(θ)
0.5
Geg / Hyp
cos(θ)
√3/2
Ank / Hyp
tan(θ)
√3/3
Geg / Ank

Bewege den Schieberegler, um den Winkel zu ändern und zu sehen, wie sich die Verhältnisse ändern.

Interaktiver Sandkasten

Ausdrucksrechner

Probiere diese:

Verlauf

Noch keine Berechnungen

Übungsaufgaben

15 Aufgaben
Aufgabe 1 von 15
Einfach

Wie lautet die Doppelwinkelformel für Sinus?

Warum es wichtig ist

Doppelwinkelformeln sind wichtige Werkzeuge in der höheren Mathematik und Physik:
  • Analysis: Vereinfache Integrale wie mit der Identität
  • Physik: Beschreibe den schrägen Wurf, bei dem die Wurfweite von abhängt
  • Signalverarbeitung: Analysiere Welleninterferenz und Modulation
  • Ingenieurwesen: Entwirf rotierende Maschinen und schwingende Systeme
Ohne diese Identitäten wären viele Berechnungen in Wissenschaft und Technik viel komplexer!

Anwendungen im echten Leben

Wurfweite eines Projektils

Die Wurfweite eines Projektils, das mit Winkel $\theta$ und Anfangsgeschwindigkeit $v_0$ geworfen wird, ist $R = \frac{v_0^2 \sin(2\theta)}{g}$. Die maximale Weite erreicht man bei $\sin(2\theta) = 1$, also $\theta = 45°$.

Beispiel:

Ein Fußball, der mit 20 m/s bei 30° getreten wird: Meter.

1Probiere es selbst

Ein Athlet wirft einen Speer mit 25 m/s. Er möchte die maximale Weite erreichen.

In welchem Winkel sollte er werfen, und was ist die maximale Weite?

Schritt 1: Schreibe den mathematischen Ausdruck

Für maximale Weite gilt , also

Elektrotechnik: Leistungsfaktor

In Wechselstromkreisen beinhalten Leistungsberechnungen oft $\cos(2\omega t)$, wobei $\omega$ die Kreisfrequenz ist. Die Doppelwinkelidentität hilft bei der Analyse der Momentanleistung.

Beispiel:

Wenn Spannung und Strom , dann beinhaltet die Momentanleistung .

2Probiere es selbst

Ein Ingenieur muss den Mittelwert von über eine Periode berechnen.

Verwende die Identität , um diesen Mittelwert zu finden.

Schritt 1: Schreibe den mathematischen Ausdruck

Der Mittelwert von über eine Periode ist 0, also...

Wichtige Erkenntnisse

  • 1
  • 2 hat drei Formen: , und
  • 3
  • 4Diese Identitäten stammen aus den Additionstheoremen mit
  • 5Wähle die Form von , die zu deinen gegebenen Informationen passt

Häufig gestellte Fragen

Alle drei sind äquivalent, aber jede ist in verschiedenen Situationen nützlich. Verwende , wenn du beide kennst. Verwende , wenn du nur Kosinus kennst. Verwende , wenn du nur Sinus kennst. Sie werden mit hergeleitet.
Alle drei sind äquivalent, aber jede ist in verschiedenen Situationen nützlich. Verwende , wenn du beide kennst. Verwende , wenn du nur Kosinus kennst. Verwende , wenn du nur Sinus kennst. Sie werden mit hergeleitet.
Ersetze durch in der Doppelwinkelformel. Zum Beispiel, aus , setze : , was ergibt.
Wenn der Nenner null wird: , also , was (oder ) bedeutet. Bei diesen Winkeln ist ein ungerades Vielfaches von .

Glossar

Doppelwinkel
Ein Winkel, der das Doppelte eines anderen Winkels ist, geschrieben als
Identität
Eine Gleichung, die für alle gültigen Werte der Variablen wahr ist
Additionstheorem
Formeln wie zur Berechnung von Winkelsummen
Pythagoreische Identität
Die grundlegende Identität

Formelkarte

Sinus

Doppelwinkelformel für Sinus

Kosinus (Form 1)

Mit Sinus und Kosinus

Kosinus (Form 2)

Nur mit Kosinus

Kosinus (Form 3)

Nur mit Sinus

Tangens

Doppelwinkelformel für Tangens

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