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Sinus- und Kosinusfunktion

Sinus und Kosinus kennst Du aus dem rechtwinkligen Dreieck. Als Funktionen beschreiben sie alles, was sich regelmäßig wiederholt: Schwingungen, Wellen, Tageslänge, Ebbe und Flut.

Vom Einheitskreis zur Funktion

Am Einheitskreis (Radius 1) dreht sich ein Zeiger um den Ursprung. Zum Drehwinkel $\alpha$ gehört ein Punkt auf dem Kreis. Seine y-Koordinate ist $\sin\alpha$, seine x-Koordinate ist $\cos\alpha$.

αsin αcos α11

Dreht sich der Zeiger immer weiter, wiederholen sich die Werte nach einer vollen Umdrehung (360°). Trägt man $\sin\alpha$ über dem Winkel auf, entsteht die Sinuskurve.

Bogenmaß

Für Funktionen misst man Winkel im Bogenmaß (rad): Der Winkel ist die Länge des Bogens auf dem Einheitskreis. Eine volle Umdrehung entspricht dem Kreisumfang $2\pi \approx 6{,}28$.

Gradmaß0°30°45°60°90°180°270°360°
Bogenmaß$0$$\frac{\pi}{6}$$\frac{\pi}{4}$$\frac{\pi}{3}$$\frac{\pi}{2}$$\pi$$\frac{3\pi}{2}$$2\pi$
\[x = \frac{\alpha}{180^\circ} \cdot \pi \qquad\qquad \alpha = \frac{x}{\pi} \cdot 180^\circ\]

Die Graphen von Sinus und Kosinus

−6−4−2246−1,5−1−0,50,511,5xy0sin xcos xπ/2π2π
$f(x) = \sin x$$f(x) = \cos x$
Periode$2\pi$ – danach wiederholt sich der Graph
Wertebereich$-1 \leq f(x) \leq 1$
Nullstellen$0,\ \pm\pi,\ \pm 2\pi, \ldots$ (Vielfache von $\pi$)$\pm\frac{\pi}{2},\ \pm\frac{3\pi}{2}, \ldots$
Hochpunkte (Wert 1)$\frac{\pi}{2} + k \cdot 2\pi$$0 + k \cdot 2\pi$
Symmetriepunktsymmetrisch zum Ursprungachsensymmetrisch zur y-Achse

Der Kosinus ist ein um $\frac{\pi}{2}$ nach links verschobener Sinus: $\cos x = \sin\left(x + \frac{\pi}{2}\right)$.

Die allgemeine Sinusfunktion

\[f(x) = a \cdot \sin\big(b\,(x - c)\big) + d\]
  • $|a|$ ist die Amplitude – der größte Ausschlag nach oben und unten.
  • $b$ verändert die Periode: $p = \dfrac{2\pi}{|b|}$. Bei $b = 2$ ist die Kurve doppelt so schnell, die Periode nur $\pi$.
  • $c$ verschiebt die Kurve nach rechts (bei $c > 0$).
  • $d$ verschiebt die Kurve nach oben – $y = d$ ist die neue Mittellinie.
−11234567−2−11234xy0sin x2 sin(2x) + 1

Beispiel

$f(x) = 2\sin(2x) + 1$: Amplitude 2, Periode $\frac{2\pi}{2} = \pi$, Mittellinie $y = 1$. Die Werte liegen zwischen $1 - 2 = -1$ und $1 + 2 = 3$.

Die Tangensfunktion

$\tan x = \dfrac{\sin x}{\cos x}$ hat die Periode $\pi$. Wo $\cos x = 0$ ist (bei $\pm\frac{\pi}{2}, \pm\frac{3\pi}{2}, \ldots$), ist der Tangens nicht definiert – dort hat der Graph senkrechte Asymptoten.

Achtung beim Taschenrechner

Für Sinusfunktionen muss der Taschenrechner auf RAD (Bogenmaß) stehen. Im Dreieck rechnest Du dagegen meist in DEG (Grad).

Verändere $a$, $b$, $c$ und $d$ selbst im Funktionsplotter und beobachte, was passiert.

Weiterlesen: Sinus und Kosinus bei Wikipedia

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