Trigonometrische Funktionen in der Analysis

Trigonometric Functions in Analysis

Mathematik Klasse 13 24 Aufgaben
AnalysisTrigonometrieDifferentiationIntegrationKurvendiskussionKerncurriculum
Leicht
Lückentext #1 10s ▶ Testen

Die Ableitung von f(x) = sin x ist f'(x) = ___.

✓ Antwort: cos x
(sin x)' = cos x.
Lückentext #2 10s ▶ Testen

Die Ableitung von f(x) = cos x ist f'(x) = ___.

✓ Antwort: −sin x
(cos x)' = −sin x.
Multiple Choice #3 10s ▶ Testen

∫ sin x dx = ?

  • ● −cos x + C
  • ○ cos x + C
  • ○ −sin x + C
  • ○ sin x + C
∫ sin x dx = −cos x + C. Probe: (−cos x)' = sin x. ✓
Multiple Choice #4 10s ▶ Testen

∫ cos x dx = ?

  • ● sin x + C
  • ○ −sin x + C
  • ○ cos x + C
  • ○ −cos x + C
∫ cos x dx = sin x + C. Probe: (sin x)' = cos x. ✓
Zahleneingabe #5 15s ▶ Testen

Berechne ∫₀^π sin x dx.

✓ Antwort: 2
∫₀^π sin x dx = [−cos x]₀^π = −cos π − (−cos 0) = −(−1) + 1 = 1 + 1 = 2.
Zahleneingabe #6 15s ▶ Testen

Berechne die Ableitung von f(x) = sin(3x) an der Stelle x = 0.

✓ Antwort: 3
f'(x) = 3cos(3x) (Kettenregel). f'(0) = 3cos(0) = 3·1 = 3.
Wahr / Falsch #7 10s ▶ Testen

Die Funktion f(x) = sin x hat die Periode 2π.

✓ Wahr
Richtig. sin(x + 2π) = sin x für alle x. Die kleinste positive Periode ist 2π.
Multiple Choice #8 20s ▶ Testen

Die Funktion f(x) = 3·sin(2x + π/4) hat die Amplitude ___ und die Periode ___.

  • ● Amplitude 3, Periode π
  • ○ Amplitude 3, Periode 2π
  • ○ Amplitude 2, Periode 3π
  • ○ Amplitude 6, Periode π/2
Amplitude = |a| = 3. Periode = 2π/|b| = 2π/2 = π.
Lückentext #9 15s ▶ Testen

Die Phasenverschiebung von f(x) = sin(x + π/3) gegenüber sin x beträgt ___ nach links.

✓ Antwort: π/3
f(x) = sin(x + π/3) ist um π/3 nach links verschoben (positive Phasenverschiebung = Linksverschiebung).
Zahleneingabe #10 15s ▶ Testen

Berechne ∫₀^(π/2) cos x dx.

✓ Antwort: 1
∫₀^(π/2) cos x dx = [sin x]₀^(π/2) = sin(π/2) − sin(0) = 1 − 0 = 1.
Multiple Choice #11 15s ▶ Testen

Die Ableitung von f(x) = tan x ist:

  • ● f'(x) = 1/cos²x
  • ○ f'(x) = 1/sin²x
  • ○ f'(x) = cos x
  • ○ f'(x) = −sin x
(tan x)' = (sin x / cos x)' = (cos²x + sin²x)/cos²x = 1/cos²x.
Zahleneingabe #12 15s ▶ Testen

Löse die Gleichung sin x = ½ im Intervall [0; 2π). Wie viele Lösungen gibt es?

✓ Antwort: 2
sin x = ½ → x = π/6 oder x = π − π/6 = 5π/6. Zwei Lösungen im Intervall [0; 2π).
Lückentext #13 15s ▶ Testen

∫ sin(ax) dx = ___ + C für a ≠ 0.

✓ Antwort: −(1/a)cos(ax)
∫ sin(ax) dx = −(1/a)cos(ax) + C (lineare Substitution).
Wahr / Falsch #14 10s ▶ Testen

sin²x + cos²x = 1 ist eine Identität, die für alle x ∈ ℝ gilt.

✓ Wahr
Richtig. Dies ist der trigonometrische Pythagoras, gültig für alle reellen x.
Multiple Choice #15 15s ▶ Testen

Löse cos x = 0 im Intervall [0; 2π).

  • ● x = π/2 und x = 3π/2
  • ○ x = 0 und x = π
  • ○ x = π/4 und x = 5π/4
  • ○ x = π/2
cos x = 0 bei x = π/2 (90°) und x = 3π/2 (270°).
Lückentext #16 15s ▶ Testen

Die Beziehung cos x = sin(x + ___) gilt für alle x.

✓ Antwort: π/2
cos x = sin(x + π/2). Alternativ: cos x = sin(π/2 − x).
Zahleneingabe #17 15s ▶ Testen

Berechne die Fläche zwischen f(x) = cos x und der x-Achse im Intervall [0; π/2].

✓ Antwort: 1
A = ∫₀^(π/2) cos x dx = [sin x]₀^(π/2) = 1 − 0 = 1.
Multiple Choice #18 20s ▶ Testen

Die 4. Ableitung von f(x) = sin x ist:

  • ● sin x
  • ○ −sin x
  • ○ cos x
  • ○ −cos x
f' = cos x, f'' = −sin x, f''' = −cos x, f⁽⁴⁾ = sin x. Nach 4 Ableitungen kehrt sin x zu sich selbst zurück.
Lückentext #19 10s ▶ Testen

Das Additionstheorem lautet: sin(α + β) = sin α · cos β + cos α · ___.

✓ Antwort: sin β
sin(α + β) = sin α cos β + cos α sin β.
Mittel
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

Bestimme das Maximum von f(x) = sin x + cos x. Gib den Maximalwert gerundet auf 2 Dezimalstellen an.

✓ Antwort: 1.41
f'(x) = cos x − sin x = 0 → tan x = 1 → x = π/4. f(π/4) = sin(π/4) + cos(π/4) = √2/2 + √2/2 = √2 ≈ 1,41.
Zahleneingabe #2 35s ▶ Testen

Berechne ∫₀^π sin²x dx. Hinweis: sin²x = ½(1 − cos(2x)). Gib den exakten Wert als Dezimalzahl gerundet auf 2 Stellen an.

✓ Antwort: 1.57
∫₀^π sin²x dx = ∫₀^π ½(1 − cos(2x)) dx = ½[x − ½sin(2x)]₀^π = ½(π − 0 − 0 + 0) = π/2 ≈ 1,57.
Wahr / Falsch #3 20s ▶ Testen

Die Gleichung 2sin²x − sin x − 1 = 0 lässt sich mit der Substitution u = sin x auf eine quadratische Gleichung zurückführen.

✓ Wahr
Richtig. Mit u = sin x: 2u² − u − 1 = 0 → (2u + 1)(u − 1) = 0 → u = −½ oder u = 1.
Zahleneingabe #4 20s ▶ Testen

Berechne die Ableitung von f(x) = sin²x an der Stelle x = π/4. Gib den Wert als Dezimalzahl an.

✓ Antwort: 1
f'(x) = 2sin x · cos x = sin(2x). f'(π/4) = sin(π/2) = 1.
Zahleneingabe #5 20s ▶ Testen

Bestimme die kleinste positive Nullstelle von f(x) = sin(2x) − 1. Gib den Wert gerundet auf 2 Dezimalstellen an.

✓ Antwort: 0.79
sin(2x) = 1 → 2x = π/2 → x = π/4 ≈ 0,7854 ≈ 0,79.