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

Lösung einblenden

2 \cdot \sin (x - \frac{3}{2} π) + 1

=

3

|

- 1

2 \cdot \sin (x - \frac{3}{2} π)

=

2

|:

2

\sin (x - \frac{3}{2} π)

=

1

|sin^-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

x - \frac{3}{2} π

=

\frac{1}{2} π

oder

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

L={0}

trigonometrische Gleichungen (mit WTR)

Beispiel:

Bestimme alle Lösungen immer jeweils innerhalb einer Periode [0; $2 π$ ).
$\sin (x + \frac{1}{2} π) - 2$ = $-2,2$

Lösung einblenden

\sin (x + \frac{1}{2} π) - 2

=

-2,2

|

+ 2

\sin (x + \frac{1}{2} π)

=

- 0,2

|sin^-1(⋅)

Der WTR liefert nun als Wert -0.20135792079033

Weil dieser Wert negativ ist und wir aber Lösungen aus dem Intervall [0; $2 π$ ) suchen, addieren wir einfach noch 2π dazu und erhalten so $6,082$

1. Fall:

$x + \frac{1}{2} π$	=	$6,082$	\|⋅ 2
$2 (x + \frac{1}{2} π)$	=	$12,164$
$2 x + π$	=	$12,164$	\| $- π$
$2 x$	=	$12,164 - π$
$2 x$	=	$9,0224$	\|: $2$
x₁	=	$4,5112$

Am Einheitskreis erkennen wir, dass die Gleichung $\sin (x + \frac{1}{2} π)$ = $- 0,2$ noch eine weitere Lösung hat. (die waagrechte grüne Gerade y=-0.2 schneidet den Einheitskreis in einem zweiten Punkt).

Am Einheitskreis erkennen wir auch, dass die andere Lösung an der y-Achse gespiegelt liegt, also π - $6,082$ =-2.9404 bzw. bei -2.9404+2π= $3,343$ liegen muss.

2. Fall:

$x + \frac{1}{2} π$	=	$3,343$	\|⋅ 2
$2 (x + \frac{1}{2} π)$	=	$6,686$
$2 x + π$	=	$6,686$	\| $- π$
$2 x$	=	$6,686 - π$
$2 x$	=	$3,5444$	\|: $2$
x₂	=	$1,7722$

L={ $1,7722$ ; $4,5112$ }

trigonometr. Nullprodukt-Gleichung

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

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

1. Fall:

2 \cdot \cos (x) + 1

= 0 |

- 1

2 \cdot \cos (x)

=

- 1

|:

2

\cos (x)

=

- 0,5

|cos^-1(⋅)

Der WTR liefert nun als Wert 2.0943951023932

1. Fall:

x₁

=

\frac{2}{3} π

Am Einheitskreis erkennen wir, dass die Gleichung $\cos (x)$ = $- 0,5$ noch eine weitere Lösung hat. (die senkrechte turkise Gerade x=-0.5 schneidet den Einheitskreis in einem zweiten Punkt).

Am Einheitskreis erkennen wir auch, dass die andere Lösung einfach (nach unten gespiegelt) bei - $\frac{2}{3} π$
bzw. bei - $\frac{2}{3} π$ +2π= $\frac{4}{3} π$ liegen muss.

2. Fall:

x₂

=

\frac{4}{3} π

2. Fall:

\sin (x)

=

0

|sin^-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

1. Fall:

x₃

=

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:

x₄

=

π

L={0; $\frac{2}{3} π$ ; $π$ ; $\frac{4}{3} π$ }

trigon. Gleichung (mit Substitution)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

=

0

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

Setze u = $\sin (x)$

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: $\sin (x)$ = $4$

\sin (x)

=

4

Diese Gleichung hat keine Lösung!

u₂: $\sin (x)$ = $1$

\sin (x)

=

1

|sin^-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

x₁

=

\frac{1}{2} π

L={ $\frac{1}{2} π$ }

Trigonometrische Gleichungen (komplex) LF

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

=

0

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

1. Fall:

- \sin (2 x + \frac{3}{2} π) + 1

= 0 |

- 1

- \sin (2 x + \frac{3}{2} π)

=

- 1

|:

- 1

\sin (2 x + \frac{3}{2} π)

=

1

|sin^-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

2 x + \frac{3}{2} π

=

\frac{1}{2} π

oder

$2 x + \frac{3}{2} π$	=	$\frac{1}{2} π + 2 π$
$2 x + \frac{3}{2} π$	=	$\frac{5}{2} π$	\|⋅ 2
$2 (2 x + \frac{3}{2} π)$	=	$5 π$
$4 x + 3 π$	=	$5 π$	\| $- 3 π$
$4 x$	=	$2 π$	\|: $4$
x₁	=	$\frac{1}{2} π$

Da $- \sin (2 x + \frac{3}{2} π) + 1$ die Periode $π$ besitzt, aber alle Lösungen im Intervall [0; $2 π$ ) gesucht sind, können wir auf die Lösung(en) immer noch weitere Perioden draufaddieren und erhalten so folgende weitere Lösungen:

x₂ = $\frac{1}{2} π$ + 1⋅ $π$ = $\frac{3}{2} π$

2. Fall:

\sin (x)

=

0

|sin^-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

1. Fall:

x₃

=

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:

x₄

=

π

L={0; $\frac{1}{2} π$ ; $π$ ; $\frac{3}{2} π$ }

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