$\text{f(x)}=$ $x^2·\cos \left(-4x\right)$

$\text{f'(x)}=$ $2x·\cos \left(-4x\right)+x^2·(-\sin \left(-4x\right)·\left(-4\right))$

= $2x·\cos \left(-4x\right)+x^2·4\cdot \sin \left(-4x\right)$

= $2x·\cos \left(-4x\right)+4x^2·\sin \left(-4x\right)$

$\text{f(x)}=$ $3x·\cos \left(-5x\right)$

$\text{f'(x)}=$ $3·1·\cos \left(-5x\right)+3x·(-\sin \left(-5x\right)·\left(-5\right))$

= $3\cdot \cos \left(-5x\right)+3x·5\cdot \sin \left(-5x\right)$

= $3\cdot \cos \left(-5x\right)+15x·\sin \left(-5x\right)$

= ${\left[\frac{1}{2}\cdot \sin \left(-4x\right)\right]}_0^{\pi }$

$=$ $\frac{1}{2}\cdot \sin \left(-4\cdot \pi \right)-\frac{1}{2}\cdot \sin \left(-4\cdot \left(0\right)\right)$

= $\frac{1}{2}\cdot 0-\frac{1}{2}\cdot 0$

= $0+0$

= 0

Die Originalfunktion f(x)=sin(x) ist in der Abbildung rechts in blau eingezeichnet.

Wir erkennen relativ gut am Term, dass der Graph von f gegenüber dem von g(x)=sin(x) um d=1 in y-Richtung verschoben ist.

Der erste steigender Wendepunkt wäre also im Punkt P(0|1).

Mit Hilfe von b=1 und der Periodenformel p=$\frac{\mathrm{2\pi }}{b}$ erhalten wir als Periode:
p=$\frac{\mathrm{2\pi }}{1}$ = $2\pi$

Der gesuchte Wendepunkt ist bei sin(x) zu Beginn und nach der Hälfte der Periode,
also bei x₁= $0$ ≈ $0$. und bei x₂= $\pi$ ≈ $\pi$. .

Weil das gesuchte Interval [0; $4\pi$) zwei Perioden umfasst, ist auch noch $0+2\pi$ = $2\pi$ und $\pi +2\pi$ = $3\pi$ eine Lösung.

Die Funktion schwingt wegen d=1 um y=1. Der y-Wert des Wendepunkt ist also gerade 1.

Wir erhalten also als Ergebnis einen Wendepunkt bei ( $0$|1) und einen bei ( $\pi$|1) und einen bei ( $2\pi$|1) und einen bei ( $3\pi$|1)

Die Originalfunktion f(x)=cos(x) ist in der Abbildung rechts in blau eingezeichnet.

Wir erkennen relativ gut am Term, dass der Graph von f gegenüber dem von g(x)=cos(x) um d=-2 in y-Richtung verschoben ist.

Der erste Hochpunkt wäre also im Punkt P(0|-2).

Weil aber das Vorzeichen von a = -3 aber negativ ist, wird die Original-funktion f(x)=cos(x) nicht nur um den Faktor 3 gestreckt sondern auch an der x-Achse gespiegelt, so dass aus dem Hochpunkt in P ein Tiefpunkt in P(0|-2) wird.

Mit Hilfe von b=$\frac{1}{2}$ und der Periodenformel p=$\frac{\mathrm{2\pi }}{b}$ erhalten wir als Periode:
p=$\frac{\mathrm{2\pi }}{\mathrm{<math\; xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">\; <mrow>\; <mfrac>\; <mrow>\; <mn>1</mn>\; </mrow>\; <mrow>\; <mn>2</mn>\; </mrow>\; </mfrac>\; </mrow>\; </math>}}$ = $4\pi$

Der gesuchte Hochpunkt ist bei cos(x) zu Beginn der Periode, bei der durch das negative Vorzeichen an der x-Achse gespiegelte Funktion $-3\cdot \cos \left(\frac{1}{2}\left(x+0\right)\right)-2$ aber nach der Hälfte der Periode,
also bei x₁= $2\pi$ ≈ $2\pi$. .

Weil das gesuchte Interval [0; $8\pi$) zwei Perioden umfasst, ist auch noch $2\pi +4\pi$ = $6\pi$ eine Lösung.

Die Funktion schwingt wegen d=-2 um y=-2. Der y-Wert des Hochpunkt ist also eine Amplitude (a=3) über -2, also bei y=1.

Wir erhalten also als Ergebnis einen Hochpunkt bei ( $2\pi$|1) und einen bei ( $6\pi$|1)

Die Originalfunktion f(x)=cos(x) ist in der Abbildung rechts in blau eingezeichnet.

Wir erkennen relativ gut am Term, dass der Graph von f gegenüber dem von g(x)=cos(x) um d=-2 in y-Richtung und um c= $2$ nach rechts verschoben ist.

Der erste Hochpunkt wäre also im Punkt P( $2$|1).

Mit Hilfe von b=$\frac{3}{4}$ und der Periodenformel p=$\frac{\mathrm{2\pi }}{b}$ erhalten wir als Periode:
p=$\frac{\mathrm{2\pi }}{\mathrm{<math\; xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">\; <mrow>\; <mfrac>\; <mrow>\; <mn>3</mn>\; </mrow>\; <mrow>\; <mn>4</mn>\; </mrow>\; </mfrac>\; </mrow>\; </math>}}$ = $\frac{8}{3}\pi$

Der gesuchte Wendepunkt ist bei cos(x) nach einem Viertel und nach Dreiviertel der Periode,
also bei x₁= $2$ + $\frac{2}{3}\pi$ ≈ $\mathrm{4,094}$. und bei x₂= $2$ + $2\pi$ ≈ $\mathrm{8,283}$. .

Weil das gesuchte Interval [0; $\frac{16}{3}\pi$) zwei Perioden umfasst, ist auch noch $\mathrm{4,094}+\frac{8}{3}\pi$ ≈ 12.472 und $\mathrm{8,283}+\frac{8}{3}\pi$ ≈ 16.661 eine Lösung.

Die Funktion schwingt wegen d=-2 um y=-2. Der y-Wert des Wendepunkt ist also gerade -2.

Wir erhalten also als Ergebnis einen Wendepunkt bei ( $\mathrm{4,094}$|-2) und bei ( $\mathrm{8,283}$|-2) und bei (12.472|-2) und bei (16.661|-2)

Um die Nullstellen zu erhalten, setzen wir einfach f(x)=0.

Daraus ergibt sich folgende Gleichung:

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

L={ $2\pi$}

Die einzige Nullstelle in der Periode [0; $8\pi$) ist also bei x = $2\pi$.

Aus dem Funktionsterm können wir den Faktor b = $\frac{1}{12}\pi$ herauslesen und in die Periodenformel einsetzen:

Somit gilt für die Periodenlänge: p = $\frac{\mathrm{2\; \pi }}{b}$ = = 24

1. t-Wert des Minimums (TP)

   Gesucht ist die Stelle mit dem geringsten Funktionswert, also der x- bzw- t-Wert des Tiefpunkts. Dieser ist bei einer Sinusfunktion immer nach einer Dreiviertel Periode (im Einheitskreis ist man nach einer Dreiviertel-Umdrehung ganz unten bei y=-1), hier also nach 18 h.

   Die Sinusfunktion ist aber auch noch um 9 nach rechts verschoben, d.h. sie startet auch erst bei t = 9 h mit ihrer Periode. Somit erreicht sie ihren Tiefpunkt nach 18 + 9 h = 27 h. Weil aber 27 nicht im gesuchten Intervall [0;24] liegt, nehmen wir den Punkt eine Periode früher, also bei 27 - 24 = 3 h. Die Lösung ist also: 3 Uhr.

2. t-Werte mit f(t) ≥ 15.8

   Um das gesuchte Intervall zu bestimmen, müssen wir erst die Stellen bestimmen, an denen der Funktionswert unserer Sinus-Funktion gerade den Wert 15.8 hat. Wir setzen also den Funktionsterm mit 15.8 gleich:

   $3\cdot \sin \left(\frac{1}{12}\pi \left(t-9\right)\right)+14$ = 15.8

   $3\cdot \sin \left(\mathrm{0,2618}t-\mathrm{2,3562}\right)+14$ = $\mathrm{15,8}$ | $-14$

   $3\cdot \sin \left(\mathrm{0,2618}t-\mathrm{2,3562}\right)$

   =

   $\mathrm{1,8}$

   |:$3$

   canvas

   $\sin \left(\mathrm{0,2618}t-\mathrm{2,3562}\right)$

   =

   $\mathrm{0,6}$

   |sin-1(⋅)

   Der WTR liefert nun als Wert 0.64350110879328

   1. Fall:

   $\mathrm{0,2618}x-\mathrm{2,3562}$	=	$\mathrm{0,644}$	| $+\mathrm{2,3562}$
   $\mathrm{0,2618}x$	=	$\mathrm{3,0002}$	|:$\mathrm{0,2618}$
   x1	=	$\mathrm{11,4599}$

   Am Einheitskreis erkennen wir, dass die Gleichung $\sin \left(\mathrm{0,2618}t-\mathrm{2,3562}\right)$ = $\mathrm{0,6}$ noch eine weitere Lösung hat. (die waagrechte grüne Gerade y=0.6 schneidet den Einheitskreis in einem zweiten Punkt).

   Am Einheitskreis erkennen wir auch, dass die andere Lösung an der y-Achse gespiegelt liegt, also π - $\mathrm{0,644}$= $\mathrm{2,498}$ liegen muss.

   2. Fall:

   $\mathrm{0,2618}x-\mathrm{2,3562}$	=	$\mathrm{2,498}$	| $+\mathrm{2,3562}$
   $\mathrm{0,2618}x$	=	$\mathrm{4,8542}$	|:$\mathrm{0,2618}$
   x2	=	$\mathrm{18,5416}$

   Da die Sinus-Funktion ja um 9 nach rechts verschoben ist, startet sie nach 9 h nach oben und erreicht erstmals nach 11.46 h den Wert 15.8. Danach steigt sie weiter bis zum Hochpunkt und sinkt dann wieder bis sie nach 18.54 h zum zweiten mal den Wert 15.8 erreicht. Während dieser 18.54 - 11.46 = 7.08 h ist der Wert der Funktion also höher als 15.8.

3. t-Wert bei der stärksten Abnahme

   Gesucht ist die Stelle mit der größten Abnahme, also der minimalen Steigung. Die maximale und minimale Tangentensteigungen befinden sich immer in den Wendepunkten. Hier ist der Wendepunkt mit der negativen Steigung gesucht. Dieser ist bei einer Sinus-Funktion aber immer genau nach einer halben Periode, also nach 12 h.

   Die Sinusfunktion ist aber auch noch um 9 nach rechts verschoben, d.h. sie startet auch erst bei t = 9 h mit ihrer Periode. Somit erreicht sie ihren fallenenden Wendepunkt nach 12 + 9 h = 21 h. Die Lösung ist also: 21 Uhr.

4. 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 6 h.

   Die Sinusfunktion ist aber auch noch um 9 nach rechts verschoben, d.h. sie startet auch erst bei t = 9 h mit ihrer Periode. Somit erreicht sie ihren Hochpunkt nach 6 + 9 h = 15 h. Die Lösung ist also: 15 Uhr.

Wir berechnen zuerst die Periode von f_a mit $f_a\mathrm{(x)}=$ $3\cdot \cos \left(\left(a^2+1\right)x\right)$:

p = $\frac{\mathrm{2\pi }}{b}$ =

Man erkennt jetzt gut, dass je größer $a^2+1$ wird, desto kleiner wird die Periode.

$a^2+1$ ist eine quadratische Funktion, ihr Graph ist eine nach oben geöffnete Parabel mit einem Tiefpunkt als Scheitel. Somit hat $a^2+1$ also einen minimalen Wert, während es noch oben keine Grenze gibt.

Diesen minimalen Wert können wir schnell über die Nullstelle der ersten Ableitung bestimmen:

( $a^2+1$)' = $2a$ = 0 ⇔ a = 0

Für dieses a = 0 wird also $a^2+1$ minimal und somit die Periode $\frac{2\pi }{a^2+1}$ maximal .

Für a = 0 ist dann die maximale Periode p_max = $\frac{2\pi }{0^2+1}$ = $\frac{2\pi }{0+1}$ = $2\pi$.