Aufgabenbeispiele von Bogenmaß/Funktionen

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sin, cos Einheitskreis (Bogenmaß)

Beispiel:

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Bestimme näherungsweise sin( π ).

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

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π bedeutet 1 2 eines Kreises, also 1 2 von 360° = 180°.

Am Einheitskreis kann man den Wert für sin( π ) bzw. für sin(180°) ablesen:

sin( π ) bzw. sin(180°) ist der y-Wert des Schnittpunktes der roten Geraden mit dem (blauen) Einheitskreis, also die Länge der grünen Strecke.
Am besten ablesen kann man diesen Wert, wenn man die (orange) waagrechte Linie zur y-Aches verfolgt:

sin( π °) ≈ 0

Winkel im Bogenmaß angeben

Beispiel:

Gib den Winkel α = 90° im Bogenmaß x an.

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

90° sind aber nur ein 90° 360° Kreis, also ist die gesuchte Bogenlänge x zu 90° auch nur 90° 360° ⋅ 2π = 90 180 ⋅ π.

Jetzt müssen wir nur noch kürzen:

x = 90° 180° ⋅π = 3 6 ⋅π = 1 2 ⋅π

vom Bogenmaß ins Gradmaß

Beispiel:

Gib den Winkel x = 2 3 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°.

2 3 π entspricht also dem Gradmaß 2 3 ⋅180° = 120°

Amplitude und Periode bestimmen

Beispiel:

Bestimme Amplitude und Periode der Funktion f mit f(x)= 7 sin( 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=7

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(-2|2). Da bei sin(x) diese aufsteigende Wendestelle im Ursprung liegt, bedeutet das, dass der abgebildete Graph um 2 Einheit(en) nach links und um 2 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=-2 und d=2, also f(x)= f(x)=a⋅sin(b(x+2))+2
  • Da der y-Unterschied zwischen den Hochpunkten bei y=4 und den Tiefpunkten bei y=0 gerade 4 beträgt, können wir einfach die Amplitude a=2 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(-2|2) den Abstand zur fallenden Wendestelle (halbe Periode) oder zur nächsten steigenden Wendestelle an. Man erkennt gut, dass dieser Abstand ganzzahlig ist, nämlich gerade 0.5 zwischen steigender und fallender Wendestelle bzw. 1 zwischen zwei steigenden Wendestellen. Eine Periode ist somit 1. Wir stellen die Periodenformel p= b um zu b= p = 1 und erhalten so b= 2π .

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

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)= 5 sin( 1 183 π ( t -20 )) +12 (0 ≤ t ≤ 366) angeben.

  1. Wie viele Tage nach Beobachtungsbeginn ist der Tag am kürzesten ?
  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 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 274.5 d.

    Die Sinusfunktion ist aber auch noch um 20 nach rechts verschoben, d.h. sie startet auch erst bei t = 20 d mit ihrer Periode. Somit erreicht sie ihren Tiefpunkt nach 274.5 + 20 d = 294.5 d. Die Lösung ist also: 294.5 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 = 5 erkennen, d.h. f schwingt um maximal 5 um 12. Somit ist der tiefste Wert bei 12 h - 5 h = 7 h.