Analyse und Transformation einer Kosinusfunktion

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Aufgabe 3

(30 Punkte)

Die Abbildung zeigt das Schaubild $K_f$ der Funktion $f$ mit $f(x) = a \cdot \cos(b \cdot x) + d, x \in \mathbb{R}$

1 Bestimmen Sie die Koeffizienten a, b und d. (4 Punkte)

2 Das Schaubild $K_f$ wird zuerst mit Faktor 1,5 in x-Richtung gestreckt und dann um 1 Längeneinheit nach oben verschoben. Das neue Schaubild heißt $K_g$.

Geben Sie die Koordinaten der Extrempunkte von $K_g$ im Intervall $[0; 4]$ an.

Bestimmen Sie die Periode von g nach der Streckung in x-Richtung.

(4 Punkte)

Diese Aufgabe enthält visuelle Inhalte: Ein Koordinatensystem zeigt den Graphen $K_f$ einer periodischen Kosinusfunktion. Die y-Achse reicht von -2 bis 4, die x-Achse von -2 bis 6. Der Graph hat Minima bei $x = 0$ ($y = -2$) und $x = 4$ ($y = -2$). Er hat Maxima bei $x = -2$ ($y = 4$), $x = 2$ ($y = 4$) und $x = 6$ ($y = 4$). Die Mittellinie der Schwingung liegt bei $y = 1$. Die Periode $T$ beträgt 4 Einheiten. Die Amplitude beträgt 3 Einheiten.

Animierte Videolösung

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

Schriftliche Lösung Schritt für Schritt

1
Schritt 1

In dieser Aufgabe bestimmen wir die Koeffizienten einer trigonometrischen Funktion basierend auf ihrem Graphen und führen anschließend Transformationen durch.

Aufgabe 3: Trigonometrische Funktionen

2
Schritt 2

Teil eins verlangt von uns, die Koeffizienten a, b und d für die Funktion f von x gleich a mal kosinus von b mal x plus d zu bestimmen.

$$f(x) = a \cdot \cos(b \cdot x) + d$$
3
Schritt 3

Zuerst bestimmen wir den Parameter d, die vertikale Verschiebung. Wir betrachten die Extrempunkte des Graphen.

1. Koeffizienten bestimmen

$$y_{max} = 4$$
$$y_{min} = -2$$
4
Schritt 4

Der Mittelwert d liegt genau in der Mitte zwischen dem Maximum und dem Minimum. Vier plus minus zwei geteilt durch zwei ergibt eins.

$$d = \frac{y_{max} + y_{min}}{2} = \frac{4 + (-2)}{2} = 1$$
5
Schritt 5

Als Nächstes berechnen wir die Amplitude a. Das ist der Abstand vom Mittelwert zum Maximum.

$$a = y_{max} - d = 4 - 1 = 3$$
6
Schritt 6

Um b zu finden, müssen wir die Periode p bestimmen. Schauen wir uns den Abstand zwischen zwei Hochpunkten an, zum Beispiel von x gleich zwei bis x gleich sechs.

$$p = 6 - 2 = 4$$
7
Schritt 7

Der Koeffizient b berechnet sich aus zwei Pi geteilt durch die Periode. In unserem Fall ist das zwei Pi geteilt durch vier, also Pi Halbe.

$$b = \frac{2\pi}{p} = \frac{2\pi}{4} = \frac{\pi}{2}$$

Der Rest der Lösung ist auf Solvi

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