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 5 π ).

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

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1 5 π bedeutet 1 10 eines Kreises, also 1 10 von 360° = 36°.

Am Einheitskreis kann man den Wert für cos( 1 5 π ) bzw. für cos(36°) ablesen:

cos 1 5 π ) bzw. cos(36°) 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 5 π °) ≈ 0.81

Winkel im Bogenmaß angeben

Beispiel:

Gib den Winkel α = -180° im Bogenmaß x an.

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

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

Jetzt müssen wir nur noch kürzen:

x = -180° 180° ⋅π = - 6 6 ⋅π = -1⋅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)= -5 sin( x -3 ) +1 .

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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=5

Das b der allgemeinen Sinusfunktion a sin(b(x-c))+d ist in unserem Fall b=1. Mit der Periodenformel gilt dann für die Periode p= b = 1 , also p= 2π .

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 1 Einheit(en) in y-Richtung verschoben wurde. Also muss der gesuchte Term sin(x-c) +1 sein.

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

sin( x -1 ) +1

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(3|1). Da bei sin(x) diese aufsteigende Wendestelle im Ursprung liegt, bedeutet das, dass der abgebildete Graph um 3 Einheit(en) nach rechts und um 1 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=3 und d=1, also f(x)= f(x)=a⋅sin(b(x-3))+1
  • Da der y-Unterschied zwischen den Hochpunkten bei y=4 und den Tiefpunkten bei y=-2 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(3|1) den Abstand zur fallenden Wendestelle (halbe Periode) oder zur nächsten steigenden Wendestelle an. Man erkennt gut, dass dieser Abstand ganzzahlig ist, nämlich gerade 1.5 zwischen steigender und fallender Wendestelle bzw. 3 zwischen zwei steigenden Wendestellen. Eine Periode ist somit 3. Wir stellen die Periodenformel p= b um zu b= p = 3 und erhalten so b= 2 3 π .

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

trigon. Anwendungsaufgabe

Beispiel:

An einem bestimmten Ort kann die Zeit (in h) zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang t Tage nach Beobachtungsbeginn näherungsweise durch die Funktion f mit f(t)= 3,5 sin( 1 183 π ( t -10 )) +12 (0 ≤ t ≤ 366) angeben.

  1. Wie viele Tage nach Beobachtungsbeginn ist der Tag am längsten?
  2. Bestimme die kürzeste Zeit zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang (in h)

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Aus dem Funktionsterm können wir den Faktor b = 1 183 π herauslesen und in die Periodenformel einsetzen:

Somit gilt für die Periodenlänge: p = 2 π b = 2 π 1 183 π = 366

  1. 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 91.5 d.

    Die Sinusfunktion ist aber auch noch um 10 nach rechts verschoben, d.h. sie startet auch erst bei t = 10 d mit ihrer Periode. Somit erreicht sie ihren Hochpunkt nach 91.5 + 10 d = 101.5 d. Die Lösung ist also: 101.5 d.

  2. y-Wert des Minimums (TP)

    Gesucht ist der tiefste Funktionswert. Aus dem Term kann man eine Verschiebung der Sinusfunktion um d = 12 nach oben und eine Amplitude von a = 3.5 erkennen, d.h. f schwingt um maximal 3.5 um 12. Somit ist der tiefste Wert bei 12 h - 3.5 h = 8.5 h.