Aufgabenbeispiele von Trigonometrie
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Ableiten von trigonometrischen Funktionen
Beispiel:
Berechne die Ableitung von f mit und vereinfache:
Ableiten von trigonometrischen Funktionen BF
Beispiel:
Berechne die Ableitung von f mit und vereinfache:
Extrempunkte bei trigon. Fktn. BF (einfach)
Beispiel:
Bestimme die Hochpunkte des Graphen von f mit im Intervall [0; ).
(Tipp: am schnellsten geht das ohne Ableitungen)
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= und der Periodenformel p= erhalten wir als Periode:
p= =
Der gesuchte Hochpunkt ist bei sin(x) nach einem Viertel der Periode,
also bei x1=
Weil das gesuchte Interval [0;
Die Funktion schwingt wegen d=1 um y=1. Der y-Wert des Hochpunkt ist also eine Amplitude (a=3) über 1, also bei y=4.
Wir erhalten also als Ergebnis einen Hochpunkt bei (
Extrempunkte bei trigonometr. Fktn. BF
Beispiel:
Bestimme die Tiefpunkte des Graphen von f mit
(Tipp: am schnellsten geht das ohne Ableitungen)
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).
Mit Hilfe von b=2 und der Periodenformel p=
p=
Der gesuchte Tiefpunkt ist bei cos(x) nach der Hälfte der Periode,
also bei x1=
Die Funktion schwingt wegen d=-2 um y=-2. Der y-Wert des Tiefpunkt ist also eine Amplitude (a=3) unter -2, also bei y=-5.
Wir erhalten also als Ergebnis einen Tiefpunkt bei (
Extremstellen bei trigon. Fktn (LF)
Beispiel:
Bestimme die Wendepunkte des Graphen von f mit
(Tipp: am schnellsten geht das ohne Ableitungen)
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=
Der erste Hochpunkt wäre also im Punkt P(
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(
Mit Hilfe von b=
p=
Der gesuchte Wendepunkt ist bei cos(x) nach einem Viertel und nach Dreiviertel der Periode,
also bei x1=
Weil das gesuchte Interval [0;
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 (
Nullstellen mit dem WTR
Beispiel:
Bestimme mit Hilfe eines Taschenrechners alle Nullstellen der Funktion f mit
Um die Nullstellen zu erhalten, setzen wir einfach f(x)=0.
Daraus ergibt sich folgende Gleichung:
|
|
= | |: |
|
|
= | |cos-1(⋅) |
Der WTR liefert nun als Wert 1.8754889808103
1. Fall:
|
|
= |
|
|: |
| x1 | = |
|
Am Einheitskreis erkennen wir, dass die Gleichung
Am Einheitskreis erkennen wir auch, dass die andere Lösung einfach (nach unten gespiegelt)
bei -
bzw. bei -
2. Fall:
|
|
= |
|
|: |
| x2 | = |
|
L={
Die Nullstellen in der Periode [0;
bei x1 =
trigon. Anwendungsaufgabe 2
Beispiel:
Bei einem Riesenrad kann man die Höhe einer Gondel (in m) über dem Erdboden zur Zeit t (in Sekunden) näherungsweise durch die Funktion f mit
- Bestimme die Zeit (in s), die eine Gondel für eine Umdrehung braucht.
- Wie lange (in Sekunden) hat das Riesenrad eine Höhe von mindestens 22,8 m?
- Periodenlänge
Aus dem Funktionsterm können wir den Faktor b =
herauslesen und in die Periodenformel einsetzen:1 50 π Somit gilt für die Periodenlänge: p =
=2 π b = 1002 π 1 50 π - t-Werte mit f(t) ≥ 22.8
Um das gesuchte Intervall zu bestimmen, müssen wir erst die Stellen bestimmen, an denen der Funktionswert unserer Sinus-Funktion gerade den Wert 22.8 hat. Wir setzen also den Funktionsterm mit 22.8 gleich:
= 22.811 ⋅ sin ( 1 50 π ( t - 20 ) ) + 14 11 ⋅ sin ( 0,0628 t - 1,2566 ) + 14 = 22,8 | - 14 11 ⋅ sin ( 0,0628 t - 1,2566 ) = 8,8 |: 11 sin ( 0,0628 t - 1,2566 ) = 0,8 |sin-1(⋅) Der WTR liefert nun als Wert 0.92729521800161
1. Fall:
0,0628 x - 1,2566 = 0,927 | + 1,2566 0,0628 x = 2,1836 |: 0,0628 x1 = 34,7707 Am Einheitskreis erkennen wir, dass die Gleichung
=sin ( 0,0628 t - 1,2566 ) noch eine weitere Lösung hat. (die waagrechte grüne Gerade y=0.8 schneidet den Einheitskreis in einem zweiten Punkt).0,8 Am Einheitskreis erkennen wir auch, dass die andere Lösung an der y-Achse gespiegelt liegt, also π -
=0,927 liegen muss.2,214 2. Fall:
0,0628 x - 1,2566 = 2,214 | + 1,2566 0,0628 x = 3,4706 |: 0,0628 x2 = 55,2643 Da die Sinus-Funktion ja um 20 nach rechts verschoben ist, startet sie nach 20 s nach oben und erreicht erstmals nach 34.77 s den Wert 22.8. Danach steigt sie weiter bis zum Hochpunkt und sinkt dann wieder bis sie nach 55.26 s zum zweiten mal den Wert 22.8 erreicht. Während dieser 55.26 - 34.77 = 20.49 s ist der Wert der Funktion also höher als 22.8.
Parameter für best. Periode finden
Beispiel:
Für welchen Wert von a hat der Graph fa mit
Der Graph einer normalen Kosiniusfunktion hat ja seinen ersten Wendepunkt immmer nach einer
Demnach muss also die Periode p =
Jetzt können wir die Periodenformel p =
b =
Da bei
damit der Graph von
