Vom Kreis zum Graphen
Der Einheitskreis wird ausgerollt. Der Punkt P am Ende des Bogens π/2 wird zum Graphpunkt Q. Welche Koordinaten hat Q?
Erklärung: Q hat als x-Koordinate die Bogenlänge x = π/2 und als y-Koordinate die Höhe von P, also sin(π/2) = 1. Bei (1 | π/2) sind die Koordinaten vertauscht, bei (π/2 | 0) wurde der Kosinus (die x-Koordinate von P) als Höhe genommen.
Der Punkt Q liegt auf dem Graphen von f(x) = sin x an der Stelle x = 2. Welche Höhe hat Q ungefähr?
Erklärung: Q = (2 | sin 2) mit sin 2 ≈ 0,909 (Rechner im RAD-Modus). Die Höhe 2 wäre die x-Koordinate, und 0,03 entsteht, wenn man 2 als Grad liest.
Der Graph von f(x) = sin x hat an der Stelle x = 1,2 die Höhe ___ (auf zwei Dezimalstellen).
Erklärung: f(1,2) = sin 1,2 ≈ 0,9320, gerundet 0,93.
Am Einheitskreis hat der Punkt P die Höhe 0,5 und gehört zum Bogen x = π/6. Wie weit rechts vom Ursprung liegt der zugehörige Graphpunkt Q (auf zwei Dezimalstellen)?
Erklärung: Beim Ausrollen wird der Bogen x zur x-Koordinate von Q: π/6 ≈ 0,5236, gerundet 0,52. Die Höhe 0,5 ist die y-Koordinate von Q.
Wie groß ist die kleinste positive Periode der Sinusfunktion?
Erklärung: Nach einem vollen Umlauf des Kreises, also nach dem Bogen 2π, wiederholen sich die Werte. Bei π wäre der Sinus umgekehrt (sin(x + π) = −sin x), und 360 ist die Gradzahl des Vollwinkels.
Welche Werte nimmt f(x) = sin x an?
Erklärung: Die Höhe eines Kreispunkts liegt immer zwischen −1 und 1, und beide Grenzen werden angenommen. Der Sinus wird auch negativ (unter der x-Achse), und 2π ist die Periode, nicht die Höhe.
Es gilt sin(0,7 + 2Ï€) = sin 0,7.
Erklärung: Nach einem vollen Umlauf liegt der Punkt wieder am selben Ort. Deshalb ist sin(x + 2π) = sin x für jede Zahl x, auch für 0,7.
Wie groß ist sin(4π)?
Erklärung: 4π sind zwei volle Umläufe: sin(4π) = sin 0 = 0.
Wie viele Hochpunkte hat der Graph von f(x) = sin x im Intervall von 0 bis 10Ï€?
Erklärung: Die Hochpunkte liegen bei π/2 + 2πk, also bei π/2, 5π/2, 9π/2, 13π/2, 17π/2. Der nächste, 21π/2, liegt schon hinter 10π. Das sind 5 Hochpunkte (in 5 Perioden je einer).
Welche der drei Zahlen ist eine Nullstelle von f(x) = sin x?
Erklärung: Der Sinus ist null, wo P auf der x-Achse liegt: bei 0, π, 2π, 3π, … also bei x = kπ. Bei π/2 und 3π/2 liegt P ganz oben bzw. ganz unten, dort ist sin x = 1 bzw. −1.
Welche x-Koordinate hat der markierte Hochpunkt H des Graphen von sin x?
Erklärung: Der erste Hochpunkt liegt bei π/2. Nach einer Periode (2π) folgt der zweite: π/2 + 2π = 5π/2. Bei 3π/2 liegt ein Tiefpunkt, bei 2π eine Nullstelle.
Wie groß ist sin(3π/2), also der Wert im Tiefpunkt des ersten Wellentals?
Erklärung: Bei 3π/2 liegt P ganz unten, bei (0 | −1). Also sin(3π/2) = −1.
Wie viele Nullstellen hat f(x) = sin x im Intervall von 0 bis 5Ï€ (Randpunkte eingeschlossen)?
Erklärung: Die Nullstellen sind x = 0, π, 2π, 3π, 4π und 5π. Das sind 6, weil beide Randpunkte dazugehören.
Welcher Term beschreibt dieselbe Funktion wie cos x?
Erklärung: Der Sinus erreicht seinen Hochpunkt bei π/2, der Kosinus bei 0. Der Kosinusgraph liegt also π/2 links vom Sinusgraph: cos x = sin(x + π/2). Bei sin(x − π/2) wäre es rechts (das ist −cos x), sin(x + π) ist −sin x.
Der rot gestrichelte Graph ist sin x, der blaue ist cos x. Wie muss man den roten verschieben, damit er den blauen deckt?
Erklärung: Der blaue Hochpunkt liegt bei 0, der rote bei π/2: Der rote Graph muss um π/2 nach links wandern. Nach rechts wäre es ein Viertel der Periode in die falsche Richtung; um π würde er gespiegelt statt gedeckt.
Es gilt cos 0,3 = sin(0,3 + p) mit einer festen Zahl p. Wie groß ist p (auf zwei Dezimalstellen)?
Erklärung: cos x = sin(x + π/2), also p = π/2 ≈ 1,5708, gerundet 1,57.
Wie viele Schnittpunkte haben die Graphen von sin x und cos x im Intervall von 0 bis 2Ï€?
Erklärung: Im Intervall schneiden sich die Graphen bei π/4 und bei 5π/4 (dort sind Sinus und Kosinus gleich, ±√2/2). Das sind 2 Schnittpunkte.
Erkläre mit einer Skizze, wie aus dem Einheitskreis der Graph von f(x) = sin x entsteht: Was wird als x-Koordinate, was als Höhe abgetragen? Lies aus der Skizze die Nullstellen, den Hochpunkt und den Tiefpunkt im Intervall von 0 bis 2π ab und begründe die Periode 2π.
Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.
Erklärung: Der Bogen x wird zur x-Koordinate, die Höhe von P zur y-Koordinate. Nach einem Umlauf (2π) beginnt alles von vorn.