Aufgabenbeispiele von Bogenmaß/Funktionen

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sin, cos Einheitskreis (Bogenmaß)

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Bestimme näherungsweise cos( - 1 2 π ).

Auf dem Einheitskreis rechts kann man mit der Maus (Finger) Winkel einzeichen

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- 1 2 π bedeutet - 1 4 eines Kreises, also - 1 4 von 360° = -90°.

Bei negativen Winkel muss man einfach in die andere Richtung, also im Urzeigersinn, im Einheitskreis vorgehen. Dabei landet man dann natürlich wieder an der gleichen Stelle wie bei -90° + 360° = 270°

Am Einheitskreis kann man den Wert für cos( - 1 2 π ) bzw. für cos(-90°) ablesen:

cos - 1 2 π ) bzw. cos(-90°) ist der x-Wert des Schnittpunktes der roten Geraden mit dem (blauen) Einheitskreis, also die Länge der orangen Strecke.
Am besten ablesen kann man diesen Wert, wenn man die (grüne) senkrechte Linie zur x-Aches verfolgt:

cos( - 1 2 π °) ≈ 0

Winkel im Bogenmaß angeben

Beispiel:

Gib den Winkel α = 135° im Bogenmaß x an.

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Die Bogenlänge eines vollen Einheitskreises beträgt 2π⋅r, also 2π⋅1 = 2π und entschpricht somit 360°.

135° sind aber nur ein 135° 360° Kreis, also ist die gesuchte Bogenlänge x zu 135° auch nur 135° 360° ⋅ 2π = 135 180 ⋅ π.

Jetzt müssen wir nur noch kürzen:

x = 135° 180° ⋅π = 27 36 ⋅π = 3 4 ⋅π

vom Bogenmaß ins Gradmaß

Beispiel:

Gib den Winkel x = - 5 2 π im Gradmaß α an.

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Die Bogenlänge eines vollen Einheitskreises beträgt 2π⋅r, also 2π⋅1 = 2π und entschpricht somit 360°.

Somit entspricht die Bogenlänge π dem Gradmaß 180°.

- 5 2 π entspricht also dem Gradmaß - 5 2 ⋅180° = -450°

Amplitude und Periode bestimmen

Beispiel:

Bestimme Amplitude und Periode der Funktion f mit f(x)= 6 sin(2( x -1 )) +2 .

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Die Amplitude kann man sehr einfach als |a| bei a sin(b(x-c))+d ablesen, also ist die Amplitude A=6

Das b der allgemeinen Sinusfunktion a sin(b(x-c))+d ist in unserem Fall b=2. Mit der Periodenformel gilt dann für die Periode p= b = 2 , also p= π .

einfache Sinusbestimmung

Beispiel:

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Der im Schaubild rechts abgebildete Graph ist der einer Sinusfunktion, die um jeweils ganzzahlige Werte in x- und y-Richtung verschoben. Bestimme den zugehörigen Funktionsterm.

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Die Original-Sinusfunktion f(x)=sin(x) ist in der Abbildung rechts in blau eingezeichnet.

Man sieht schnell, dass der Graph der gesuchten Funktion um 2 Einheit(en) in y-Richtung verschoben wurde. Also muss der gesuchte Term sin(x-c) +2 sein.

Außerdem sieht man, dass der aufsteigende Wendepunkt (der ja bei sin(x) im Ursprung ist) hier um 1 Einheit(en) nach links verschoben ist. wir können also c=1 einsetzen und erhalten so den gesuchten Term:

sin( x +1 ) +2

allg. Sinusfunktion aus Schaubild

Beispiel:

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Der im Schaubild rechts abgebildete Graph ist der einer Sinusfunktion, die um jeweils ganzzahlige Werte in x- und y-Richtung verschoben. Auch die Amplitude ist ganzzahlig. Die Periode ist entweder ein Vielfaches von π oder auch ganzzahlig. Bestimme den zugehörigen Funktionsterm.

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Die Original-Sinusfunktion f(x)=sin(x) ist in der Abbildung rechts in blau eingezeichnet.

  • Zuerst suchen wir eine aufsteigende Wendestelle, die genau auf einem 'Kästchen-Kreuzchen' liegt. Das wäre hier im Punkt P(-1|0). Da bei sin(x) diese aufsteigende Wendestelle im Ursprung liegt, bedeutet das, dass der abgebildete Graph um 1 Einheit(en) nach links und um 0 Einheit(en) in y-Richtung verschoben wurde.
  • Wir kennen nun von der allgemeinen Sinusfunktion f(x)=a⋅sin(b(x-c))+d die Parameter c=-1 und d=0, also f(x)= f(x)=a⋅sin(b(x+1))+0
  • Da der y-Unterschied zwischen den Hochpunkten bei y=3 und den Tiefpunkten bei y=-3 gerade 6 beträgt, können wir einfach die Amplitude a=3 bestimmen.
  • Bleibt noch der am schwierigsten zu bestimmende Parameter b. Diesen ermitteln wir über die Periode. Dazu schauen wir ausgehend von unserer steigenden Wendestelle im Punkt P(-1|0) den Abstand zur fallenden Wendestelle (halbe Periode) oder zur nächsten steigenden Wendestelle an. Man erkennt gut, dass dieser Abstand ganzzahlig ist, nämlich gerade 2 zwischen steigender und fallender Wendestelle bzw. 4 zwischen zwei steigenden Wendestellen. Eine Periode ist somit 4. Wir stellen die Periodenformel p= b um zu b= p = 4 und erhalten so b= 1 2 π .

Der gesuchte Funktionsterm ist also 3 sin( 1 2 π ( x +1 ))

trigon. Anwendungsaufgabe

Beispiel:

In einem Wellenbad kann man an einer bestimmten Stelle die Wasserhöhe zur Zeit t (in Sekunden) näherungsweise durch die Funktion f mit f(t)= 15 sin( 1 2 π t ) +75 (0 ≤ t ≤ 4) angeben.

  1. Bestimme die Periode dieses Vorgangs.
  2. Zu welcher Zeit (in s) ist die Wasserhöhe am höchsten?

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  1. Periodenlänge

    Aus dem Funktionsterm können wir den Faktor b = 1 2 π herauslesen und in die Periodenformel einsetzen:

    Somit gilt für die Periodenlänge: p = 2 π b = 2 π 1 2 π = 4

  2. t-Wert des Maximums (HP)

    Gesucht ist die Stelle mit dem höchsten Funktionswert, also der x- bzw- t-Wert des Hochpunkts. Dieser ist bei einer Sinusfunktion immer nach einer Viertel Periode (im Einheitskreis ist man nach einer Viertel-Umdrehung ganz oben bei y=1), hier also nach 1 s.

    Die Lösung ist also: 1 s.