Kosinussatz oder Dreisatz. mal funzts, mal nich

Also, wir machen in der der Schule gerade den Kosinussatz bzw. festigen ihn gerade. Dazu sollten wir folgende Aufgaben berechnen:

Beim Start einer Rakete auf Cape Canaveral konnte man von der Zuschauertribüne aus die 10 Meter hohe Spitze der Rakete unter Höhenwinkeln von alpha= 4.3 Grad und beta= 4.6 Grad beobachten.

Frage: Wie hoch war die gesamte Rakete?

Ich habe diese Aufgabe mit einem Dreisatz gelöst:
Wenn aus der Entfernung zwischen der Tribüne und der Rakete ein 10 meter langes Stück unter einem Winkel von 4.6 Grad minus 4.3 Grad erscheint ( 0.3 Grad= zehn meter), ist es logisch, dass 4.6 Grad einer Höhe von 153.3 metern entsprechen, da 4.6 Grad das 15.3 fache von 0.3 Grad sind. Multipliziert mit der Höhe kommt man auf 153.3 Grad
Das Ergebnis war auch richtig, nur nicht nach dem Kosinussatz berechnet; was mich jetzt verwirrt, ist, dass bei einer anderen Aufgabe, die sehr ähnlich ist, ein Dreisatz nicht funkioniert. Hier erstmal die andere Aufgabe:

Ein Wanderer besteigt einen Berg, auf dem ein 15 meter hoher Aussichtsturm steht. Bei einer Rast sieht er Fußpunkt und Spitze des Turmes unter den Höhenwinkeln alpha= 48 Grad und beta= 56 Grad.

Frage: Welchen Höhenunterschied muss der Wanderer bis zum Fußpunkt des Turmes noch zurücklegen?

8 Grad entsprechen 15 metern
7 mal 8 =56 Grad entsprechen 7 mal 15= 105 metern

105 meter minus 15 meter Turmhöhe = 90 meter.

Soweit meine Rechnung, Ich hoffe, ihr konntet mir bis hierhin folgen. Leider haben wir beim vergleichen in der Schule erfahren, dass die Lösung ca. 45 meter ist. Was mich nun interessieren würde, ist, warum es mit dem Dreisatz nicht klappt und ob die Beziehung zwischen den Lösungen ( das richtige Ergebnis ist genau 1/2 mal das falsche Ergebnis) Zufall ist oder nicht. Ich wäre sehr froh, wenn mir jemand weiterhelfen könnte, und hoffe,dass jemand sich die Mühe macht. Danke schon im Voraus!

Hi…

Also, wir machen in der der Schule gerade den Kosinussatz bzw.
festigen ihn gerade. Dazu sollten wir folgende Aufgaben
berechnen:

Wenn man Dir gewissermaßen schon den Tip gibt, den Cosinussatz zu nehmen, warum nimmst Du ihn dann nicht? Antwort: Warum eigentlich, es geht mit dem Tangens viel besser (s.u.)

Beim Start einer Rakete auf Cape Canaveral konnte man von der
Zuschauertribüne aus die 10 Meter hohe Spitze der Rakete unter
Höhenwinkeln von alpha= 4.3 Grad und beta= 4.6 Grad
beobachten.

Frage: Wie hoch war die gesamte Rakete?

Ich habe diese Aufgabe mit einem Dreisatz gelöst:
Wenn aus der Entfernung zwischen der Tribüne und der Rakete
ein 10 meter langes Stück unter einem Winkel von 4.6 Grad
minus 4.3 Grad erscheint ( 0.3 Grad= zehn meter), ist es
logisch, dass 4.6 Grad einer Höhe von 153.3 metern
entsprechen, da 4.6 Grad das 15.3 fache von 0.3 Grad sind.
Multipliziert mit der Höhe kommt man auf 153.3 Grad
Das Ergebnis war auch richtig, nur nicht nach dem Kosinussatz
berechnet; was mich jetzt verwirrt, ist, dass bei einer
anderen Aufgabe, die sehr ähnlich ist, ein Dreisatz nicht
funkioniert.

Dein Ergebnis ist genaugenommen falsch. Da die Rakete aus großer Entfernung betrachtet wird, ist der gesamte Betrachtungswinkel sehr klein. Für kleine Winkel ist der Cosinus annähernd 1, d.h. Deine Rechnung ist eine mehr oder weniger gute Näherung.

Hier erstmal die andere Aufgabe:

Ein Wanderer besteigt einen Berg, auf dem ein 15 meter hoher
Aussichtsturm steht. Bei einer Rast sieht er Fußpunkt und
Spitze des Turmes unter den Höhenwinkeln alpha= 48 Grad und
beta= 56 Grad.

Hier ist der Winkel wesentlich größer und die Näherung funktioniert nicht mehr.

Was mich nun
interessieren würde, ist, warum es mit dem Dreisatz nicht
klappt und ob die Beziehung zwischen den Lösungen ( das
richtige Ergebnis ist genau 1/2 mal das falsche Ergebnis)
Zufall ist oder nicht.

Das ist Zufall. Mit anderen Zahlen sieht es anders aus.

Beide Aufgaben funktionieren im Prinzip so:
(Erklärung am Beispiel der zweiten Aufgabe)

Benennen wir mal ein paar Punkte:

Wanderer = W
Turmspitze = S
Turmfußpunkt = F

Dann brauchen wir noch einen weiteren Punkt, der genau senkrecht unter dem Turm, auf Höhe des Wanderers liegt. Denn nenne ich Z.
So, jetzt kannst Du mit diesen vier Punkten zwei rechtwinklige Dreiecke zeichnen: WSZ und WFZ. Der rechte Winkel ist offensichtlich bei Z.
Weil Du weißt, was ein Tangens ist, weißt Du auch, daß die Länge der Strecke FZ gleich der Länge der Strecke WZ multipliziert mit dem Tangens des zugehörigen Winkels alpha ist (leider kann ich hier keine Striche über die Strecken machen):

FZ = WZ * tan (alpha)

Ebenso gilt:
SZ = WZ * tan (beta)

Außerdem weißt Du noch, daß SZ genau um 15 m länger ist als FZ. Das setzen wir oben ein und bekommen

FZ = WZ * tan (alpha)
FZ + 15 = WZ * tan (beta)

Diese zwei Gleichungen sind nun so umzustellen, daß die Unbekannte WZ herausfällt und die gesuchte Strecke FZ übrig bleibt. Das überlasse ich erstmal Dir :smile:

genumi

Hi Lennard,
Deine betrachtete Raket ist genaugenommen kreisförmig!
Wenn Du den Dreisatz anwendest, setzt Du voraus, dass die Linie vom Batrachter zum Fußpunkt bzw. Spitze, bzw. 10m darunter gleich lang ist.
Dem ist nicht so, ausser sie liegen auf einer Kreislinie…
Genaue Lsg steht weiter unten.

jartUl