Analyse einer trigonometrischen Funktion und deren Integral

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Gegeben ist die Funktion $h$ mit $h(x) = 2 - 2\cos(0,5\pi x)$, $x \in [0, 6]$.

4.4 Geben Sie den Wertebereich an und skizzieren Sie das Schaubild von $h$.

(4 Punkte)

4.5 Begründen Sie, warum gilt: $$\int_{0}^{4} h(x) dx > 0.$$

Um wie viele Längeneinheiten muss das Schaubild von $h$ mindestens in $y$-Richtung verschoben werden, damit $$\int_{0}^{4} h(x) dx > 0$$ nicht mehr gilt? (4 Punkte)

Animierte Videolösung

Die erste Hälfte ist kostenlos, die komplette Lösung gibt es in der App.

Schriftliche Lösung Schritt für Schritt

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Schritt 1

Willkommen zu dieser Mathematik-Aufgabe. Wir beschäftigen uns heute mit der Funktion h von x gleich zwei minus zwei mal Kosinus von null komma fünf pi mal x auf dem Intervall von Null bis Sechs.

Analyse der Funktion $h(x)$

$$h(x) = 2 - 2cos(0,5pi x), \quad x \in [0, 6]$$
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Schritt 2

Zuerst bestimmen wir den Wertebereich. Der Kosinus-Term schwankt im Intervall zwischen minus eins und plus eins.

$$-1 \le cos(0,5pi x) \le 1$$
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Schritt 3

Multiplizieren wir dies mit minus zwei, kehren sich die Ungleichheitszeichen um. Der Wertebereich von minus zwei mal Kosinus liegt also zwischen minus zwei und zwei.

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Schritt 4

Addieren wir nun die Zwei zu allen Teilen, erhalten wir den Bereich f r h von x.

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Schritt 5

Der Wertebereich der Funktion ist somit das geschlossene Intervall von Null bis Vier.

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Schritt 6

Lassen Sie uns h von x skizzieren. Die Periodendauer P berechnet sich aus zwei pi geteilt durch null komma f nf pi. Das ergibt vier.

Skizze von h(x)

$$P = \frac{2pi}{0,5pi} = 4$$
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Schritt 7

Hier ist die Skizze. Die Funktion startet bei Null f r x gleich Null, steigt auf ihr Maximum bei Vier an und f llt nach einer Periode wieder auf Null zur ck.

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Schritt 8

In Aufgabenteil vier komma f nf sollen wir begr nden, warum das Integral von Null bis Vier ber h von x positiv ist.

Integral-Betrachtung

$$\int_0^4 h(x) dx > 0$$
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Schritt 9

Aus dem Wertebereich wissen wir, dass h von x immer grer oder gleich Null ist.

$$h(x) \ge 0 \quad \text{f\tr alle } x \in [0, 6]$$

Der Rest der Lösung ist auf Solvi

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Thema
Trigonometric Functions and Integrals
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