Pythagoreische Identitäten

Lerne die drei grundlegenden pythagoreischen Identitäten und wie man sie herleitet und anwendet.

Fortgeschritten25 MinLektion

Definition

Die pythagoreischen Identitäten sind drei grundlegende Gleichungen in der Trigonometrie, die die Quadrate trigonometrischer Funktionen miteinander verknüpfen. Sie leiten sich vom Satz des Pythagoras ab.

Die drei pythagoreischen Identitäten

Identität 1 (Grundlegend):
Identität 2:
Identität 3:
Alle drei Identitäten gelten für jeden Winkel , bei dem die Funktionen definiert sind.

Probier es gleich aus

Was ist die grundlegende pythagoreische Identität?

Lösungsbeispiele

Beweise, dass mit dem Einheitskreis.

1

Beginne mit einem Punkt auf dem Einheitskreis

Jeder Punkt auf dem Einheitskreis hat die Koordinaten

2

Wende die Einheitskreisgleichung an

Der Einheitskreis ist definiert durch

3

Setze die Koordinaten ein

Ersetze durch und durch

4

Schreibe in Standardform

Verwende Exponentenschreibweise:

Häufige Fehler

Vergessen, den Quadranten beim Wurzelziehen zu berücksichtigen

Warum es falsch ist: Die Gleichung ergibt . Schüler vergessen oft zu bestimmen, welches Vorzeichen gilt.

Richtig: Prüfe immer, in welchem Quadranten der Winkel liegt, um das Vorzeichen der Trig-Funktion zu bestimmen.

als schreiben

Warum es falsch ist: bedeutet , nicht . Die Notation ist eine Kurzform für das Quadrieren des Ergebnisses der Sinusfunktion.

Richtig: , bedeutet "finde den Sinus von Theta, dann quadriere das Ergebnis."

Eine Identität anwenden, wo eine Funktion undefiniert ist

Warum es falsch ist: Die Identität ist undefiniert wenn (bei usw.).

Richtig: Prüfe, ob die Funktionen in der Identität für den gegebenen Winkel definiert sind.

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

Merke: SOH-CAH-TOA

SOH

Sin = Opp / Hyp

CAH

Cos = Adj / Hyp

TOA

Tan = Opp / Adj

Klicke auf sin, cos oder tan, um die relevanten Seiten des Dreiecks hervorzuheben.

Interaktiver Sandkasten

Ausdrucksrechner

Probiere diese:

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Übungsaufgaben

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Einfach

Was ist die grundlegende pythagoreische Identität?

Warum es wichtig ist

Pythagoreische Identitäten sind wesentliche Werkzeuge in der Trigonometrie:
  • Ausdrücke vereinfachen: Konvertiere zwischen Trig-Funktionen, um komplexe Ausdrücke zu vereinfachen
  • Gleichungen lösen: Transformiere trigonometrische Gleichungen in lösbare Formen
  • Analysis: Werden ausgiebig bei Integration und Differentiation verwendet
  • Physik: Erscheinen in Wellengleichungen, Schwingungen und elektromagnetischer Theorie
  • Identitäten verifizieren: Dienen als Bausteine für den Beweis anderer Trig-Identitäten
Ohne diese Identitäten wären viele fortgeschrittene mathematische Techniken unmöglich!

Anwendungen im echten Leben

Signalverarbeitung

Ingenieure verwenden pythagoreische Identitäten bei der Analyse von Radio- und Audiosignalen, die durch Sinus- und Kosinuswellen modelliert werden.

Beispiel:

Beim Kombinieren zweier Signale und ist die Gesamtleistung , was konstant ist.

1Probiere es selbst

Ein Signal hat Komponenten und .

Wie groß ist die Gesamtamplitude?

Schritt 1: Schreibe den mathematischen Ausdruck

Verwende um das Quadrat der Amplitude zu finden:

Physik: Einfache harmonische Bewegung

Die Position und Geschwindigkeit eines oszillierenden Objekts sind durch Sinus und Kosinus verbunden. Ihre Energiebeziehung nutzt die pythagoreische Identität.

Beispiel:

Wenn die Position und die Geschwindigkeit ist, dann gilt .

2Probiere es selbst

Ein Pendel hat zu einem bestimmten Zeitpunkt die Position .

Wenn die maximale Position ist, welcher Bruchteil von ist die Geschwindigkeit?

Schritt 1: Schreibe den mathematischen Ausdruck

Verwende mit :

Wichtige Erkenntnisse

  • 1Die grundlegende pythagoreische Identität ist
  • 2Division durch ergibt
  • 3Division durch ergibt
  • 4Diese Identitäten ermöglichen die Umwandlung zwischen Trig-Funktionen und die Vereinfachung von Ausdrücken
  • 5Berücksichtige beim Wurzelziehen immer den Quadranten

Häufig gestellte Fragen

Sie leiten sich vom Satz des Pythagoras ab. Auf dem Einheitskreis sind die Katheten und , und die Hypotenuse ist 1.
Sie leiten sich vom Satz des Pythagoras ab. Auf dem Einheitskreis sind die Katheten und , und die Hypotenuse ist 1.
Die Grundidentität gilt für alle Winkel. Die anderen beiden Identitäten gelten außer dort, wo tan, cot, sec oder csc undefiniert sind (Division durch Null).
Merke dir nur . Leite die anderen bei Bedarf her, indem du durch oder dividierst.

Glossar

Pythagoreische Identität
Eine trigonometrische Gleichung, die vom Satz des Pythagoras abgeleitet ist und Quadrate von Trig-Funktionen verknüpft
Einheitskreis
Ein Kreis mit Radius 1, zentriert im Ursprung, wobei jeder Punkt ist
Sekans
, der Kehrwert des Kosinus
Kosekans
, der Kehrwert des Sinus
Kotangens
, der Kehrwert des Tangens

Formelkarte

Grundidentität

Die Summe von Sinus-Quadrat und Kosinus-Quadrat ist immer 1

Tangens-Sekans-Identität

Hergeleitet durch Division der Grundidentität durch $\cos^2\theta$

Kotangens-Kosekans-Identität

Hergeleitet durch Division der Grundidentität durch $\sin^2\theta$

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