Periodische VorgÀnge
Der Wasserstand in einem Hafen schwankt zwischen 1,0 m und 4,2 m, eine Periode dauert 12,4 h (t in Stunden). Welche Werte haben a, d und b im Ansatz a · sin(b(t + c)) + d?
ErklĂ€rung: a ist die halbe Schwankung (4,2 â 1,0) : 2 = 1,6, d der Mittelwert (4,2 + 1,0) : 2 = 2,6 und b = 2Ï/12,4 â 0,507. Die Variante mit a = 3,2 nimmt die ganze Schwankung samt Periode als b; die mit d = 4,2 nimmt den Höchststand als Mitte und multipliziert 2Ï mit der Periode.
Ein Pendel schwingt in 2 s einmal hin und her (t in Sekunden). Welchen Wert hat b in sin(b(t + c))?
ErklĂ€rung: Die Periode ist T = 2 s, also b = 2Ï/T = 2Ï/2 = Ï (in 1/s). Die 2 ist die Periode selbst, 4Ï entsteht mit b = 2Ï Â· T.
Die Höhe einer Gondel wird durch h(t) = 20 · sin(Ï/5 · (t + c)) + 22 beschrieben (t in Minuten). Welchen Wert hat c nach dem Graphen?
ErklĂ€rung: Die Welle steigt bei t = 2,5 durch die Mittellinie (y = 22). Dort ist die Klammer null: 2,5 + c = 0, also c = â2,5. Bei c = 2,5 lĂ€ge der Anstieg bei t = â2,5, und bei c = 0 wĂŒrde die Gondel bei t = 0 in der Mitte starten.
Der tiefste Punkt eines Riesenrads liegt 5 m, der höchste 65 m ĂŒber dem Boden. Wie hoch liegt die Mittellinie d (in m)?
ErklÀrung: d = (65 + 5) : 2 = 35 m. Das ist die Nabenhöhe, um die die Gondel kreist.
Ein Riesenrad braucht fĂŒr eine Umdrehung 8 Minuten (t in Minuten). Wie groĂ ist b in sin(b(t + c)) (auf zwei Dezimalstellen)?
ErklĂ€rung: b = 2Ï/T = 2Ï/8 = Ï/4 â 0,7854, gerundet 0,79.
Es ist h(t) = 20 · sin(Ï/5 · (t â 2,5)) + 22. Welcher Ausdruck gibt die Höhe zur Zeit t = 4?
ErklĂ€rung: Man setzt 4 in die ganze Klammer ein: 4 â 2,5 = 1,5. Bei der zweiten Variante wurde nur bei der 4 ohne Klammer subtrahiert (Ï/5 · 4 â 2,5), bei der dritten mit dem falschen Vorzeichen addiert (4 + 2,5).
Im Modell h(t) = 20 · sin(Ï/5 · (t â 2,5)) + 22 ist die Gondel nach 5 Minuten am höchsten Punkt (42 m).
ErklĂ€rung: h(5) = 20 · sin(Ï/5 · 2,5) + 22 = 20 · sin(Ï/2) + 22 = 20 + 22 = 42. Nach einer halben Umdrehung von unten aus ist die Gondel oben.
Berechne im Modell h(t) = 20 · sin(Ï/5 · (t â 2,5)) + 22 die Höhe nach 6 Minuten (in m, auf 0,1 m genau; Rechner im RAD-Modus).
ErklĂ€rung: h(6) = 20 · sin(Ï/5 · 3,5) + 22 = 20 · sin(2,199) + 22 â 20 · 0,8090 + 22 â 38,18, gerundet 38,2 m.
Die Temperatur an einem Sommertag wird durch T(t) = 8 · sin(Ï/12 · (t â 9)) + 14 beschrieben (t in Stunden, T in °C). Wie warm ist es um 12 Uhr (auf 0,1 °C genau; Rechner im RAD-Modus)?
ErklĂ€rung: T(12) = 8 · sin(Ï/12 · 3) + 14 = 8 · sin(Ï/4) + 14 â 8 · 0,7071 + 14 â 19,66, gerundet 19,7 °C.
Der Graph zeigt die Höhe einer Gondel (in m) ĂŒber der Zeit (in min). Lies ab: Wie hoch ist die Gondel nach 4,5 Minuten?
ErklĂ€rung: Bei t = 4,5 schneidet die fallende Welle die Mittellinie. Die Mittellinie liegt in der Mitte zwischen Hochpunkt (32) und Tiefpunkt (2), also bei 17 m. Rechnerisch: 15 · sin(Ï/3 · 3) + 17 = 15 · sin Ï + 17 = 17.
Im Riesenrad-Modell ist die Gondel bei t â 3,15 min zum ersten Mal auf 30 m (Umlaufzeit 10 min, höchster Punkt bei t = 5). Wann ist sie in der ersten Runde ein zweites Mal auf 30 m?
ErklĂ€rung: Der zweite Zeitpunkt liegt symmetrisch zum höchsten Punkt bei t = 5: 5 + (5 â 3,15) = 6,85 (das ist die zweite Lösung Ï â x des Sinus). 13,15 min ist dieselbe Höhe in der nĂ€chsten Runde (+10), und 2,5 min ist die Verschiebung c.
Wie oft erreicht die Gondel in den ersten 20 Minuten die Höhe 15 m (Schnittpunkte des Graphen mit der gestrichelten Linie)?
ErklÀrung: In jeder Runde von 10 Minuten wird die Höhe 15 m einmal auf dem Weg nach oben und einmal auf dem Weg nach unten erreicht: 2 · 2 = 4 Schnittpunkte. Die Zahl 2 zÀhlt nur eine Runde.
Rechner im RAD-Modus: Es gilt sin z = 0,5. Der Rechner liefert z = sinâ»Âč(0,5) = ___ (auf zwei Dezimalstellen).
ErklĂ€rung: sinâ»Âč(0,5) = Ï/6 â 0,5236, gerundet 0,52. Im DEG-Modus erschiene 30.
Im Riesenrad-Modell h(t) = 20 · sin(Ï/5 · (t â 2,5)) + 22 ist die Gondel zum ersten Mal auf 40 m. Wann (in min, auf zwei Dezimalstellen; Rechner im RAD-Modus)?
ErklĂ€rung: 20 · sin(Ï/5 · (t â 2,5)) + 22 = 40 ergibt sin(âŠ) = 0,9. Dann ist Ï/5 · (t â 2,5) = sinâ»Âč(0,9) â 1,1198 und t = 2,5 + 1,1198 · 5/Ï â 4,282, gerundet 4,28 min.
Der Graph zeigt die Höhe h einer Gondel (in m) ĂŒber der Zeit t (in min). Welcher Term gehört dazu?
ErklĂ€rung: Tiefpunkt 2 und Hochpunkt 26 geben a = (26 â 2) : 2 = 12 und d = (26 + 2) : 2 = 14. Die Periode ist T = 8 (Hochpunkte bei t = 4 und t = 12), also b = 2Ï/8 = Ï/4. Die Welle steigt bei t = 2 durch die Mittellinie, also c = â2. Bei â(t + 2)â ist das Vorzeichen von c vertauscht, bei âsin(8 · âŠ)â wurde die Periode selbst als b eingesetzt.
Ein Riesenrad hat den Radius 15 m, die Nabe liegt 17 m hoch, eine Umdrehung dauert 6 Minuten. Bei t = 0 (in Minuten) ist die Gondel am tiefsten Punkt. Stelle einen Term h(t) = a · sin(b(t + c)) + d auf und begrĂŒnde jeden der vier Werte. Berechne h(2) und bestimme, wann die Gondel in der ersten Runde 25 m hoch ist.
Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.
ErklĂ€rung: Amplitude = Radius, Mittellinie = Nabenhöhe, b = 2Ï/T, c so, dass bei t = 0 der Tiefpunkt liegt (c = âT/4).
Der Wasserstand w (in m) in einem Hafen wird durch w(t) = 1,6 · cos(2Ï/12,4 · t) + 2,6 beschrieben (t in Stunden, t = 0 ist Hochwasser). Bestimme Hochwasser, Niedrigwasser und Mittelwasser des Modells und berechne, wann der Wasserstand nach dem Hochwasser zum ersten Mal auf 2 m sinkt. Der Rechner steht im RAD-Modus.
Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.
ErklĂ€rung: Nach cos(âŠ) auflösen, mit cosâ»Âč die erste Lösung im RAD-Modus, dann mit 12,4/(2Ï) zurĂŒck auf die Zeit umrechnen.