Mathebattle EduRandomtasks

einfache trigonometrische Gleichungen

Beispiel:

Bestimme alle Lösungen innerhalb einer Periode [0;2π).
$\cos (x)$ = $- 0,15$

\cos (x)

=

- 0,15

|cos^-1(⋅)

Der WTR liefert nun als Wert 1.7213645995716

1. Fall:

x₁

=

1,721

Am Einheitskreis erkennen wir, dass die Gleichung $\cos (x)$ = $- 0,15$ noch eine weitere Lösung hat. (die senkrechte turkise Gerade x=-0.15 schneidet den Einheitskreis in einem zweiten Punkt).

Am Einheitskreis erkennen wir auch, dass die andere Lösung einfach (nach unten gespiegelt) bei - $1,721$
bzw. bei - $1,721$ +2π= $4,562$ liegen muss.

2. Fall:

x₂

=

4,562

L={ $1,721$ ; $4,562$ }

trigonometrische Gleichungen (ohne WTR)

Beispiel:

Bestimme alle Lösungen immer jeweils innerhalb einer Periode [0; $2 π$ ). Gib dabei immer die kleinsten positiven Lösungen an:
$- 3 \cdot \sin (x + \frac{1}{2} π) - 1$ = $- 1$

Lösung einblenden

- 3 \cdot \sin (x + \frac{1}{2} π) - 1

=

- 1

|

+ 1

- 3 \cdot \sin (x + \frac{1}{2} π)

=

0

|:

- 3

\sin (x + \frac{1}{2} π)

=

0

|sin^-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

1. Fall:

x + \frac{1}{2} π

=

0

oder

$x + \frac{1}{2} π$	=	$0 + 2 π$
$x + \frac{1}{2} π$	=	$2 π$	\|⋅ 2
$2 (x + \frac{1}{2} π)$	=	$4 π$
$2 x + π$	=	$4 π$	\| $- π$
$2 x$	=	$3 π$	\|: $2$
x₁	=	$\frac{3}{2} π$

Am Einheitskreis erkennen wir, dass die Gleichung $\sin (x + \frac{1}{2} π)$ = $0$ noch eine weitere Lösung hat. (die waagrechte grüne Gerade y=0 schneidet den Einheitskreis in einem zweiten Punkt).

Am Einheitskreis erkennen wir auch, dass die andere Lösung an der y-Achse gespiegelt liegt, also π - 0= $π$ liegen muss.

2. Fall:

$x + \frac{1}{2} π$	=	$π$	\|⋅ 2
$2 (x + \frac{1}{2} π)$	=	$2 π$
$2 x + π$	=	$2 π$	\| $- π$
$2 x$	=	$π$	\|: $2$
x₂	=	$\frac{1}{2} π$

L={ $\frac{1}{2} π$ ; $\frac{3}{2} π$ }

trigonometrische Gleichungen (mit WTR)

Beispiel:

Bestimme alle Lösungen immer jeweils innerhalb einer Periode [0; $π$ ).
$- 3 \cdot \cos (2 x + π) + 3$ = $5,25$

Lösung einblenden

- 3 \cdot \cos (2 x + π) + 3

=

5,25

|

- 3

- 3 \cdot \cos (2 x + π)

=

2,25

|:

- 3

\cos (2 x + π)

=

- 0,75

|cos^-1(⋅)

Der WTR liefert nun als Wert 2.4188584057764

1. Fall:

2 x + π

=

2,419

oder

$2 x + π$	=	$2,419 + 2 π$	\| $- π$
$2 x$	=	$2,419 + π$
$2 x$	=	$5,5606$	\|: $2$
x₁	=	$2,7803$

Am Einheitskreis erkennen wir, dass die Gleichung $\cos (2 x + π)$ = $- 0,75$ noch eine weitere Lösung hat. (die senkrechte turkise Gerade x=-0.75 schneidet den Einheitskreis in einem zweiten Punkt).

Am Einheitskreis erkennen wir auch, dass die andere Lösung einfach (nach unten gespiegelt) bei - $2,419$
bzw. bei - $2,419$ +2π= $3,864$ liegen muss.

2. Fall:

$2 x + π$	=	$3,864$	\| $- π$
$2 x$	=	$3,864 - π$
$2 x$	=	$0,7224$	\|: $2$
x₂	=	$0,3612$

L={ $0,3612$ ; $2,7803$ }

trigonometr. Nullprodukt-Gleichung

Beispiel:

Bestimme alle Lösungen im Intervall [0; $2 π$ ):
$\frac{3}{2} \cdot \sin (x) + \sin (x) \cdot \cos (x)$ = 0

Lösung einblenden

$\frac{3}{2} \cdot \sin (x) + \sin (x) \cdot \cos (x)$	=	0
$\frac{1}{2} (2 \cdot \cos (x) + 3) \cdot \sin (x)$	=	0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

2 \cdot \cos (x) + 3

= 0 |

- 3

2 \cdot \cos (x)

=

- 3

|:

2

\cos (x)

=

- 1,5

Diese Gleichung hat keine Lösung!

2. Fall:

\sin (x)

=

0

|sin^-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

1. Fall:

x₁

=

0

Am Einheitskreis erkennen wir, dass die Gleichung $\sin (x)$ = $0$ noch eine weitere Lösung hat. (die waagrechte grüne Gerade y=0 schneidet den Einheitskreis in einem zweiten Punkt).

Am Einheitskreis erkennen wir auch, dass die andere Lösung an der y-Achse gespiegelt liegt, also π - 0= $π$ liegen muss.

2. Fall:

x₂

=

π

L={0; $π$ }

trigon. Gleichung (mit Substitution)

Beispiel:

Bestimme alle Lösungen im Intervall [0; $2 π$ ):
${(\cos (x))}^{2} - 5 \cdot \cos (x) + 4$ = 0

Lösung einblenden

{(\cos (x))}^{2} - 5 \cdot \cos (x) + 4

=

0

Diese Gleichung kann durch Substitution auf eine quadratische Gleichung zurückgeführt werden!

Setze u = $\cos (x)$

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

$u^{2} - 5 u + 4$ = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x_1,2 = $\frac{- b \pm \sqrt{b^{2} - 4 a \cdot c}}{2 a}$ ergibt:

u_1,2 = $\frac{+ 5 \pm \sqrt{{(- 5)}^{2} - 4 \cdot 1 \cdot 4}}{2 \cdot 1}$

u_1,2 = $\frac{+ 5 \pm \sqrt{25 - 16}}{2}$

u_1,2 = $\frac{+ 5 \pm \sqrt{9}}{2}$

u₁ = $\frac{5 + \sqrt{9}}{2}$ = $\frac{5+3}{2}$ = $\frac{8}{2}$ = $4$

u₂ = $\frac{5 - \sqrt{9}}{2}$ = $\frac{5-3}{2}$ = $\frac{2}{2}$ = $1$

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x_1,2 = $- \frac{p}{2}$ ± $\sqrt{{(\frac{p}{2})}^{2} - q}$
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ${(\frac{p}{2})}^{2} - q$ :

D = ${(- \frac{5}{2})}^{2} - 4$ = $\frac{25}{4}$ $-$ $4$ = $\frac{25}{4}$ $-$ $\frac{16}{4}$ = $\frac{9}{4}$

x_1,2 = $\frac{5}{2}$ ± $\sqrt{\frac{9}{4}}$

x₁ = $\frac{5}{2}$ - $\frac{3}{2}$ = $\frac{2}{2}$ = 1

x₂ = $\frac{5}{2}$ + $\frac{3}{2}$ = $\frac{8}{2}$ = 4

Rücksubstitution:

u₁: $\cos (x)$ = $4$

\cos (x)

=

4

Diese Gleichung hat keine Lösung!

u₂: $\cos (x)$ = $1$

\cos (x)

=

1

|cos^-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

x₁

=

0

L={0}

Trigonometrische Gleichungen (komplex) LF

Beispiel:

Bestimme alle Lösungen im Intervall [0; $π$ ):
$(- \cos (2 x - π) + 1) \cdot (x^{2} - 3 x)$ = 0

Lösung einblenden

(- \cos (2 x - π) + 1) (x^{2} - 3 x)

=

0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

- \cos (2 x - π) + 1

= 0 |

- 1

- \cos (2 x - π)

=

- 1

|:

- 1

\cos (2 x - π)

=

1

|cos^-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

$2 x - π$	=	0	\| $+ π$
$2 x$	=	$π$	\|: $2$
x₁	=	$\frac{1}{2} π$

2. Fall:

$x^{2} - 3 x$	=	0
$x (x - 3)$	=	0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x₂

=

0

2. Fall:

$x - 3$	=	0	\| $+ 3$
x₃	=	$3$

L={0; $\frac{1}{2} π$ ; $3$ }

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

einfache trigonometrische Gleichungen

trigonometrische Gleichungen (ohne WTR)

trigonometrische Gleichungen (mit WTR)

trigonometr. Nullprodukt-Gleichung

trigon. Gleichung (mit Substitution)

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

Trigonometrische Gleichungen (komplex) LF