Lösungswege Mathematik Oberstufe 6, Schülerbuch

116 7.3 Harmonische Schwingungen Lernziele: º Funktionen der Form f​​(x) ​ = a · sin​(b · ​(x + c)​) ​darstellen und ablesen können º Die Begriffe Frequenz, Amplitude und Phasenverschiebungszeit kennen und anwenden können º Die Funktionsgleichung einer harmonischen Schwingung aufstellen und ablesen können º Beziehungen zwischen Sinus und Cosinus kennen und anwenden können Grundkompetenzen für die schriftliche Reifeprüfung: FA-R 6.1 G raphisch oder durch eine Gleichung (Formel) gegebene Zusammenhänge der Art ​f​(x) ​ = a · sin​(b · x) ​als allgemeine Sinusfunktion erkennen bzw. betrachten können; zwischen diesen Darstellungsformen wechseln können FA-R 6.3 D ie Wirkung der Parameter a und b kennen und die Parameter im Kontext deuten können FA-R 6.4 P eriodizität als charakteristische Eigenschaft kennen und im Kontext deuten können FA-R 6.5 W issen, dass c​os​(x) ​ = sin​(x + ​π _ 2 ​)​ Allgemeine Sinusfunktionen der Form f(x) = a·sin (b·(x + c)) Die Sinusfunktion f mit ​f​(x) ​= sin​(x) ​wurde bereits in 7.2 genauer behandelt. Diese Funktion ist periodisch mit kleinster Periode 2​ π​. Man sagt auch: „Der Graph von f schwingt im Intervall ​[0; 2π] ​genau einmal.“ Verwende zur Lösung dieser Aufgabe Technologie. a) Zeichne die Graphen der Funktionen f, g, h und i. ​f​(x) ​= sin​(x)​ ​g​(x) ​ = 2 · sin​(x)​ ​h​(x) ​= sin​(2 · x)​ ​i​(x) ​ = − sin​(x)​ b) Erkläre, welche Zusammenhänge zwischen den Graphen der Funktionen von f, g, h und i erkennbar sind. Wie oft schwingt der Graph von g, h und i im Intervall ​[0; 2π]​? Funktionen der Form f​​(x) ​ = a · sin​(bx)​ Funktionen der Form f​​(x) ​ = a · sin​(x)​ ​f​(x) ​ = sin​(bx)​ 0 –π –2π π – 2 3π – 2 π 2π π –– 2 3π –– 2 1 2 3 –1 –2 –3 –4 y x f1(x) = 0,5 sin(x) h(x) = sin(x) f2(x) = 3 sin(x) – 0 π –2π –3π –4π π 2π 3π 4π 1 2 3 –1 –2 –3 –4 y x f1(x) = sin(0,5 x) h(x) = sin(x) f2(x) = sin(3 x) Vergleicht man die Graphen der Funktionen f mit ​f​(x) ​ = a · sin​(x) ​(​a ∈ ℝ\​{0}​) und h mit ​h​(x) ​ = sin​(x)​, erkennt man: Die Anzahl der Schwingungen im Intervall ​[0; 2π]​ bleibt gleich. Vergleicht man die Graphen der Funktionen f mit ​ f​(x) ​ = sin​(bx) ​(​b ∈ ​ℝ ​+​) und h mit ​h​(x) ​ = sin​(x)​, erkennt man: Der Parameter b gibt die Anzahl der Schwingungen im Intervall ​[0; 2π] ​an. Ist ​a > 1​, dann wird der Graph von h mit ​h​(x) ​ = sin​(x) ​entlang der y-Achse gestreckt. Ist ​0 < a < 1​, dann wird er entlang der y-Achse gestaucht. Ist a negativ, dann wird der Graph der Funktion r mit ​r​(x) ​ = ​|a| ​· sin​(x) ​entlang der x-Achse gespiegelt. Ist ​b > 1​, dann wird der Graph von h mit ​h​(x) ​ = sin​(x) ​entlang der x-Achse mit dem Faktor ​1 _ b ​gestaucht. Ist ​0 < b < 1​, dann wird er entlang der x-Achse mit dem Faktor ​1 _ b ​gestreckt. Kompetenzen 0 π – 2 3 π – 2 π 2π f schwingt in [0; 2π] genau einmal 1 –1 f(x) f x 445 Ó Technologie Darstellung allgemeine Sinusfunktionen 96u2zq Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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