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Der Graph einer periodischen Funktion der Form \(g(x) = a \cdot \sin(b \cdot (x - c)) + d\) schneidet seine Mittellinie im Punkt \(M(0 \mid 2)\) mit positiver Steigung. Der darauf folgende Hochpunkt ist \(H(2 \mid 5)\). Ermittle die Funktionsgleichung von \(g\).
Denkanstöße
- Welche Information über die Parameter \(c\) und \(d\) liefert dir der Schnittpunkt mit der Mittellinie bei \(x = 0\)?
- Wie kannst du die Amplitude aus der Lage des Hochpunkts relativ zur Mittellinie berechnen?
- Welcher Bruchteil der Periode vergeht zwischen dem Nulldurchgang (mit positiver Steigung) und dem ersten Maximum?
- Wie berechnet man den Faktor \(b\), wenn die Periodenlänge bekannt ist?
Lösung
1. Bestimmung von \(d\): Da \(M(0 \mid 2)\) auf der Mittellinie liegt, ist \(d = 2\).
2. Bestimmung von \(a\): Die Amplitude ist die Differenz zwischen dem y-Wert des Hochpunkts und der Mittellinie: \(a = 5 - 2 = 3\).
3. Bestimmung der Periode \(p\) und des Parameters \(b\): Der Abstand von einem Schnittpunkt mit der Mittellinie (bei positiver Steigung) bis zum nächsten Hochpunkt ist ein Viertel der Periode: \(\frac{p}{4} = 2 - 0 = 2 \implies p = 8\). Damit ist \(b = \frac{2\pi}{8} = \frac{\pi}{4}\).
4. Bestimmung von \(c\): Da der Graph bereits bei \(x = 0\) die Mittellinie mit positiver Steigung schneidet, ist keine Verschiebung in x-Richtung gegenüber der Grundfunktion notwendig: \(c = 0\).
5. Einsetzen der Parameter in die Funktionsgleichung ergibt \(g(x) = 3 \cdot \sin(\frac{\pi}{4} \cdot x) + 2\).
Antwort
\(g(x) = 3 \cdot \sin(\frac{\pi}{4} x) + 2\)
