Sinus und Kosinus als periodische Funktionen

Klasse 10

Veröffentlichungsdatum

15. März 2026

Aufgaben

Aufgabe 1

L

Gib alle Nullstellen von f(x)=sin⁡(x)f(x) = \sin(x) im Intervall [0,2π][0, 2\pi] an. Bestimme außerdem das Maximum und das Minimum in diesem Intervall.

Aufgabe 2

L

Gib alle Nullstellen von g(x)=cos⁡(x)g(x) = \cos(x) im Intervall [0,4π][0, 4\pi] an.

Aufgabe 3

L

Berechne die exakten Werte ohne Taschenrechner:

sin⁡(5π6),cos⁡(4π3),sin⁡(−3π2)\sin\!\left(\frac{5\pi}{6}\right), \qquad \cos\!\left(\frac{4\pi}{3}\right), \qquad \sin\!\left(-\frac{3\pi}{2}\right)

Aufgabe 4

L

Löse die Gleichung cos⁡(x)=0\cos(x) = 0 für x∈[0,4π]x \in [0, 4\pi].

Aufgabe 5

L

Für welche x∈[0,2π]x \in [0, 2\pi] gilt sin⁡(x)≤0\sin(x) \leq 0? Gib das Intervall an.

Aufgabe 6

L

Vereinfache den folgenden Ausdruck so weit wie möglich:

sin⁡(x+4π)−cos⁡(−x+6π)\sin(x + 4\pi) - \cos(-x + 6\pi)

Aufgabe 7

L

Die Abbildung zeigt f(x)=sin⁡(x)f(x) = \sin(x) und g(x)=cos⁡(x)g(x) = \cos(x) auf dem Intervall [0,4π][0,\;4\pi].

sin(x) und cos(x)
  1. Lies alle Nullstellen von ff im dargestellten Bereich ab.
  2. An welchen Stellen nimmt gg dort ihr Maximum an?
  3. Um welchen Betrag muss man den Graphen von gg nach rechts verschieben, damit er mit dem von ff übereinstimmt?

Aufgabe 8

L

Wie viele Lösungen hat cos⁡(x)=0\cos(x) = 0 im Intervall [0,2024π][0,\; 2024\pi]?

Aufgabe 9

L

Gilt sin⁡(x)=sin⁡(x+2π⋅1.000.000)\sin(x) = \sin(x + 2\pi \cdot 1{.}000{.}000) für alle x∈ℝx \in \mathbb{R}? Begründe kurz.


Lösungen

Lösung 1

Nullstellen: sin⁡(x)=0\sin(x) = 0 bei x=0,π,2πx = 0,\; \pi,\; 2\pi

Maximum: sin⁡(π2)=1\sin\!\left(\frac{\pi}{2}\right) = 1 bei x=π2x = \frac{\pi}{2}

Minimum: sin⁡(3π2)=−1\sin\!\left(\frac{3\pi}{2}\right) = -1 bei x=3π2x = \frac{3\pi}{2}


Lösung 2

cos⁡(x)=0\cos(x) = 0 bei x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi:

x=π2,3π2,5π2,7π2x = \frac{\pi}{2},\quad \frac{3\pi}{2},\quad \frac{5\pi}{2},\quad \frac{7\pi}{2}


Lösung 3

5π6=150°\frac{5\pi}{6} = 150°: Punkt im 2. Quadranten, yy-Koordinate =12= \frac{1}{2}: sin⁡(5π6)=12\sin\!\left(\tfrac{5\pi}{6}\right) = \frac{1}{2}

4π3=240°\frac{4\pi}{3} = 240°: Punkt im 3. Quadranten, xx-Koordinate =−12= -\frac{1}{2}: cos⁡(4π3)=−12\cos\!\left(\tfrac{4\pi}{3}\right) = -\frac{1}{2}

−3π2-\frac{3\pi}{2}: Wegen sin⁡(−x)=−sin⁡(x)\sin(-x) = -\sin(x) gilt: sin⁡(−3π2)=−sin⁡(3π2)=−(−1)=1\sin\!\left(-\tfrac{3\pi}{2}\right) = -\sin\!\left(\tfrac{3\pi}{2}\right) = -(-1) = 1


Lösung 4

cos⁡(x)=0\cos(x) = 0 bei x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi. Für x∈[0,4π]x \in [0, 4\pi]:

x=π2,3π2,5π2,7π2x = \frac{\pi}{2},\quad \frac{3\pi}{2},\quad \frac{5\pi}{2},\quad \frac{7\pi}{2}


Lösung 5

sin⁡(x)≤0\sin(x) \leq 0 für x∈[π,2π]x \in [\pi, 2\pi]

(Der Graph von sin⁡(x)\sin(x) liegt im zweiten Halbperioden-Intervall unterhalb der xx-Achse.)


Lösung 6

Periodizität: sin⁡(x+4π)=sin⁡(x)\sin(x + 4\pi) = \sin(x) (zwei volle Perioden)

Gerade Funktion + Periodizität: cos⁡(−x+6π)=cos⁡(−x)=cos⁡(x)\cos(-x + 6\pi) = \cos(-x) = \cos(x)

sin⁡(x+4π)−cos⁡(−x+6π)=sin⁡(x)−cos⁡(x)\sin(x + 4\pi) - \cos(-x + 6\pi) = \sin(x) - \cos(x)


Lösung 7

  1. Die Sinuskurve schneidet die xx-Achse bei den Vielfachen von π\pi:

x=0,π,2π,3π,4πx = 0,\; \pi,\; 2\pi,\; 3\pi,\; 4\pi

  1. Die Kosinuskurve erreicht den Wert 11 bei den geraden Vielfachen von π\pi:

x=0,2π,4πx = 0,\; 2\pi,\; 4\pi

  1. Der Kosinus läuft dem Sinus um eine Viertelperiode voraus. Eine Verschiebung um π2\frac{\pi}{2} nach rechts bringt beide zur Deckung:

cos⁡(x−π2)=sin⁡(x)\cos\!\left(x - \frac{\pi}{2}\right) = \sin(x)


Lösung 8

cos⁡(x)=0\cos(x) = 0 bei x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi für k∈ℤ≥0k \in \mathbb{Z}_{\geq 0}.

Im Intervall [0,2024π][0, 2024\pi] gilt: k=0,1,2,…k = 0, 1, 2, \ldots solange π2+kπ≤2024π\frac{\pi}{2} + k\pi \leq 2024\pi, also k≤2023,5k \leq 2023{,}5, d.h. k≤2023k \leq 2023.

Anzahl: k=0,1,…,2023k = 0, 1, \ldots, 2023 → 𝟐𝟎𝟐𝟒\mathbf{2024} Lösungen.


Lösung 9

Ja. Da sin\sin die Periode 2π2\pi hat, gilt sin⁡(x+2π)=sin⁡(x)\sin(x + 2\pi) = \sin(x) für alle xx.

Damit folgt durch wiederholte Anwendung:

sin⁡(x+2π⋅1.000.000)=sin⁡(x)\sin(x + 2\pi \cdot 1{.}000{.}000) = \sin(x)

Die Aussage gilt für alle x∈ℝx \in \mathbb{R}.