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Sine and Cosine function

The sine and cosine functions are mathematical functions that can be used both

  • on the right-angled triangle, as well as

  • in circular geometry (trigonometry on the unit circle).

Due to the shape of their graphs, they also play an important role in the mathematical description of waves and oscillations.

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Eigenschaften

Der Sinus und der Kosinus haben beide

Außerdem ist der Sinus punktsymmetrisch zum Ursprung, und der Kosinus ist achsensymmetrisch zur y-Achse.

Sinus

Kosinus

Nullstellen

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Man sieht an den Schnittpunkten mit der x-Achse, dass für jedes kZk\in \mathbb{Z} gilt:

sin(kπ)=0\sin\left(k\cdot\pi\right)=0

Das heißt {,π,0,π,2π,3π,}\rightarrow\{…,-\pi,0,\pi,2\pi,3\pi,…\} sind die Nullstellen des Sinus.

Hier sieht man an den Schnittpunkten mit der x-Achse, dass für alle kZk\in ℤ gilt:

cos(π2+kπ)=0cos(\frac \pi{2}+k \cdot \pi)=0

Das heißt {,π2,π2,3π2,5π2,}\rightarrow\{…,-\frac\pi2,\frac\pi2,\frac{3\pi}2,\frac{5\pi}2,…\} sind die Nullstellen vom Kosinus.

Extrema (max. und min.)

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Extrema: Maximum

sin(4k+12π)=1      fu¨r  kZ\sin\left(\frac{4k+1}2\cdot\pi\right)=1\;\;\;\mathrm{für}\;k\in ℤ,

das heißt {,7π2,3π2,π2,5π2,9π2,}\{…,-\frac{7\pi}2,-\frac{3\pi}2,\frac\pi2,\frac{5\pi}2,\frac{9\pi}2,…\} sind die Maxima vom Sinus.

cos(2kπ)=1      mit  k\cos(2k\cdot\pi)=1\;\;\;\mathrm{mit}\;k\in ℤ,

das heißt {,4π,2π,0,2π,4π,}\{…, -4\pi,-2\pi,0{,}2\pi,4\pi,…\} sind die Maxima vom Kosinus.

Extrema: Minimum

sin(4k12π)=1      fu¨r  kZ\sin\left(\frac{4k-1}2\cdot\pi\right)=-1\;\;\;\mathrm{für}\;k\in ℤ

das heißt {,9π2,5π2,π2,3π2,7π2,}\{…,-\frac{9\pi}2,-\frac{5\pi}2,-\frac{\pi}2,\frac{3\pi}2,\frac{7\pi}2,…\} sind die Minima.

cos(2kπ+π)=1      mit  kZ\cos(2k\cdot\pi+\pi)=-1\;\;\;\mathrm{mit}\;k\in ℤ

das heißt {,3π,π,π,3π,5π,}\{…, -3\pi,-\pi,\pi,3\pi,5\pi,…\} sind die Minima.

Zusammenhang zw. sin(x) und cos(x)

Wenn man den Graphen der Sinusfunktion um π2\frac\pi2 nach links oder um 3π2\frac{3\pi}2 nach rechts verschiebt, ist er deckungsgleich mit dem Graphen der Kosinusfunktion.

Das heißt sin(x+π2)=cos(x)=sin(x3π2)\sin\left(x+\frac\pi2\right)=\cos\left(x\right)=\sin\left(x-\frac{3\pi}2\right).

Wenn man den Graphen der Kosinusfunktion um 3π2\frac{3\pi}2 nach links oder um π2\frac\pi2 nach rechts verschiebt, ist er deckungsgleich mit dem Graphen der Sinusfunktion.

Das heißt cos(xπ2)=sin(x)=cos(x+3π2)\cos\left(x-\frac\pi2\right)=\sin\left(x\right)=\cos\left(x+\frac{3\pi}2\right).

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Beispielaufgaben

Skizziere die veränderte Sinusfunktion f(x)=2sin(xπ2)f(x)=2\cdot \sin\left(x-\dfrac{\pi}{2}\right) im Definitionsbereich [π2,5π2]\left[-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{5\pi}{2}\right] in ein Koordinatensystem und lies ihren Wertebereich, Nullstellen und Extremstellen ab.

Tipp: Im Artikel Verschieben und Strecken von trigonometrischen Funktionen findet man, was die 22 vor dem sin und das π/2\pi/2 mit dem Graphen machen.

Lösung

Hier hast du eine Sinusfunktion mit Amplitude 22, welche um π2\dfrac{\pi}{2} nach rechts verschoben wurde.

Lies das Gesuchte aus dem Graphen ab.

Wertebereich: [2,2][-2{,}2]

Nullstellen: π2,π2,3π2,5π2-\dfrac{\pi}{2}, \dfrac{\pi}{2}, \dfrac{3\pi}{2}, \dfrac{5\pi}{2}

Extremstellen: 0,π,2π0, \pi, 2\pi

Sinus Graph Nullstelle Extrema

Video zu Sinus-, Kosinus-, und Tangensfunktion

Exercises: Sine and Cosine function

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Gemischte Aufgaben zu trigonometrischen Funktionen

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