Einführung in die Sinus- und Cosinusfunktion

Unterrichtseinheit
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Die Definition von Sinus und Cosinus im rechtwinkligen Dreieck bildet die Grundlage für die Erweiterung der Winkelfunktionen auf die gesamte reelle Zahlenmenge. In dieser Unterrichtseinheit werden die Sinus- und Cosinuswerte anschaulich über den Winkelbereich des rechtwinkligen Dreiecks hinaus erweitert und die Entstehung der Graphen sowie die grundlegenden Größen der Winkelfunktionen visualisiert und verständlich vermittelt.

  • Mathematik / Rechnen & Logik
  • Sekundarstufe I
  • 3 Unterrichtsstunden (auch Auswahl von Teilen möglich)
  • Arbeitsblatt, Arbeitsblatt interaktiv, Übung
  • 3 Arbeitsmaterialien

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Beschreibung der Unterrichtseinheit

Ausgehend von der Definition von Sinus und Cosinus im rechtwinkligen Dreieck wird in dieser Unterrichtseinheit ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypotenuse 1 in Verbindung mit einem Viertelkreis betrachtet. Dabei wird anschaulich gezeigt, wie die Punkte auf dem Kreis mit den Sinus- und Cosinuswerten sowie dem entsprechenden Winkel zusammenhängen. Diese Überlegungen werden anschließend auf den Vollkreis erweitert, um die Zusammenhänge zwischen den Winkelfunktionswerten in verschiedenen Bereichen zu erarbeiten und zu visualisieren.

Die Zuordnung von Winkeln zu den Sinus- und Cosinuswerten wird grafisch verdeutlicht und die Verläufe der beiden Funktionen für xER  werden systematisch entwickelt. Darüber hinaus werden die Einflüsse der Parameter auf die Funktionen untersucht, um ein tieferes Verständnis für deren Verhalten zu schaffen. In interaktiven GeoGebra-Übungen wird das erarbeitete Wissen gefestigt. Rückmeldungen und Visualisierungen unterstützen die Lernenden dabei, die Inhalte nachhaltig zu verinnerlichen.

Als thematische Unterstützung und begleitend zum zweiten Arbeitsblatt dient das Arbeitsmaterial "Winkel: Gradmaß und Bogenmaß".

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozialform / Material

Didaktisch-methodischer Kommentar

Die Unterrichtseinheit setzt grundlegende Kenntnisse zu Sinus und Cosinus im rechtwinkligen Dreieck sowie zum Bogenmaß ("Winkel: Gradmaß und Bogenmaß") voraus. Ziel ist es, den Lernenden ein tiefes Verständnis für die Werte von Sinus und Cosinus außerhalb des Winkelbereichs von 0° bis 90° zu vermitteln. Hierfür wird der Einheitskreis als zentrales Werkzeug genutzt, um die Zusammenhänge zwischen Winkeln und den entsprechenden Funktionswerten anschaulich zu visualisieren. Mithilfe von GeoGebra wird die Zuordnung von Winkeln zu den Sinus- und Cosinuswerten interaktiv dargestellt und deren Übertragung in die Funktionsgraphen nachvollziehbar gemacht.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Parameter in den allgemeinen Funktionsgleichungen f(x)=A∙sin(ax+b)+d  und f(x)=A∙cos⁡(ax+b)+d. Die einzelnen Parameter werden schrittweise analysiert, um ihre spezifischen Einflüsse auf die Amplitude, die Periodenlänge, die Phasenverschiebung und die Verschiebung entlang der y-Achse zu verdeutlichen.

Abschließend wird das erarbeitete Wissen in interaktiven Übungen gefestigt, die durch gezielte Rückmeldungen und Visualisierungen unterstützt werden. Ein kurzer Exkurs in die Tangensfunktion ergänzt die Einheit und bietet den Lernenden einen umfassenden Überblick über die grundlegenden Winkelfunktionen.

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Vermittelte Kompetenzen

Fachbezogene Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler

  • erfahren die Bedeutung des Einheitskreises für die Werte von Sinus und Cosinus.
  • kennen die Bedeutung der Parameter in den allgemeinen Winkelfunktionen.
  • wenden das Wissen auf unterschiedliche Fragestellungen an.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • produzieren und präsentieren Ergebnisse.
  • setzen mobile Endgeräte im Unterricht ein.
  • analysieren und reflektieren anhand dynamischer Geometriesoftware.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • steigern ihr Selbstwertgefühl und das eigenverantwortliche Lernen (Rückmeldungen zu Antwortmöglichkeiten).
  • haben die Möglichkeit, in Teamarbeit Hilfsbereitschaft zu zeigen.
  • lernen, auf vielfältige Fragenstellungen zu den Winkelfunktionen adäquat einzugehen.
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Autor

Portrait von Wolfgang Motzer
Wolfgang Motzer

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