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Wie berechne ich die Nullstelle von der Funktion f(x)=1-sin(pi*x) im Intervall (-3;3) ?

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Student, Punkte: 36

 

hast du das verstanden?   ─   vzqxi 01.11.2020 um 23:02

Ich danke dir für die Reaktion auf meine Frage und den Versuch mir zu helfen aber deine Lösung ist leider nicht korrekt. Siehe genaue Infos in meiner anderen Antwort. Schönen Abend noch.   ─   pabelito89 02.11.2020 um 00:29

vzqxi hat dir nicht die Lösung gegeben, sondern einen Ansatz, wie du sie finden kannst. Da steht "zum Beispiel bei pi/2 ...". Und dann steht da auch nicht, dass das eine Lösung ist, sondern der Hinweis, was du daraus schließen sollst. Und dann schreibt er auch noch "Dann schaust du dir die nächste Stelle an ...". Versteh mich bitte nicht falsch, aber es ist schon wichtig, genau zu lesen, was hier angeboten wird ... und hier aus der Antwort zu folgern, das wäre eine Lösung, die falsch ist ... ist falsch. :-) Richtig wäre, dass du es noch nicht verstanden hast.   ─   andima 02.11.2020 um 09:47

Diese Antwort half mir aber leider nicht sehr viel weiter. Deine Antwort verstand ich besser, weil du noch geschrieben hast was man als nächsten Schritt machen muss. Insofern vzqxi's Antwort war eine geringe Hilfestellung, für die ich mich ja bedankt hatte nur leider nicht weiter zielführend. Ich kenne mich wie gesagt nicht gut aus was Sinus und Cosinus angeht. Und wenn mir diese Antwort nicht sehr weiterhilft kann ich es nicht abhaken. Schieb es daher bitte nicht aufs "Lesen" . Unter nächste Stelle angucken verstehe ich eigentlich, dass es dann die Nullstelle ist und danach nichts weiter ausgerechnet werden muss als Mathelaie. Ich dachte, dass hier ist ein Hilfsforum ;)   ─   pabelito89 03.11.2020 um 19:07

Es macht aber eben einen Unterschied, zu sagen, eine Antwort wäre nicht korrekt, oder zu sagen, sie hilft mir nicht weiter. Wenn sie dir nicht weiterhilft, dann frag nach. Und geh nicht davon aus, sie wäre falsch gewesen, nur weil sie für dich nicht zum gewünschten Ergebnis geführt hat. Nur darum ging es mir. Du forderst Verständnis für die Fragesteller, die nicht auf Anhieb alles verstehen, ich fordere Verständnis für die (völlig freiwilligen, unentgeltlich helfenden) Helfer, die nicht auf Anhieb alles perfekt erklären. Nicht mehr und nicht weniger. :-) Und aus diesem meinem Einwurf zu schließen, ich hätte eben dieses Verständnis für die Hilfesuchenden hier nicht, ist schon gewagt. Hätte ich es nicht, hätte ich mich nicht zwanzig Minuten hingesetzt und dir den Lösungsweg ausführlich erklärt ... dafür dann eine solche Bewertung zu schreiben, ist auch schade. Entschuldigung, dass ich geholfen hab ...   ─   andima 03.11.2020 um 20:07
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2 Antworten
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Trigonometrische Gleichungen besitzen nun mal die Schwierigkeiten, dass es Lösungen gibt, die sich periodisch wiederholen, und man oft bestimmte Lösungen finden muss, die in einem gegebenen Intervall liegen. Es gibt unterschiedliche Vorgehensweisen, wie man lösen kann. Ich erkläre das gerne ausführlich mithilfe einer Substitution.

\(1-sin(\pi x)=0\)   | \(+sin(\pi x)\) 

\(sin(\pi x)=1\)   | Substitution \(\pi x=u\)

\(sin(u)=1\)

\(u=\frac{\pi}{2} \)    Da es sich um eine Extremstelle handelt, gibt es INNERHALB EINER Periode nur diese eine Lösung (in anderen Fällen gibt es auch eine zweite)!

Diese Lösung wiederholt sich nun mit der Periode von \(f(u)=sin(u)\), Periode: \(p=2\pi\)

Weitere Lösungen erhält man also durch Addition oder Subtraktion Vielfacher von \(2\pi\) von der Lösung, die man hat:

\(u=\frac{\pi}{2}\pm k\cdot 2\pi\), wobei k Element der ganzen Zahlen ist.

Es folgt die Resubstitution (mit \(\pi x=u\)) also: \(\pi x=\frac{\pi}{2}\pm k\cdot 2\pi\)   |:\(\pi\)

\(x=\frac{1}{2} \pm k\cdot2\)  

Und jetzt prüft man, für welche k (Element der ganzen Zahlen) man Lösungen aus dem Intervall erhält.

Für k=-1 erhält man \(x_1=-1,5\), für k=0 erhält man \(x_2=0,5\) und für k=1 erhält man \(x_3=2,5\)

 

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Sonstiger Berufsstatus, Punkte: 2.38K

 

Vielen Dank. Diese Lösung hat mir sehr gut geholfen. Sehr verständlich erklärt.   ─   pabelito89 03.11.2020 um 00:19

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Naja um die Nullstellen zu berechnen, setzt du ja die Funktion gleich Null. Dann kannst du sie umformen zu sin(pi*x)=1 , dann schaust du dir den Graphen an. Wann nimmt die Sinusfunktion den Wert 1? Naja zum Beispiel bei pi/2, also welche Zahl musst du für x einsetzen, Damit pi/2 in der Klammer von sinus steht? Dann schaust du dir die nächsten Stelle an für die sin(pi*x)=1 ist. LG

 

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Student, Punkte: 304

 

Danke für die Hilfe. Dies scheint aber leider nicht die Lösung zu sein. Die Übungswebsite mit dieser Aufgabe, in der ich die Nullstellen für oben genannte Funktion zwischen -3 und +3 finden soll zeigt mir an, dass nicht alle Nullstellen gefunden wurden. Laut deiner Lösung wäre Pi/2 nur die einzige Nullstelle, da es ja die einzige ist die im genannten Intervall liegt. Es gibt aber wohl mehrere, daher gehe ich davon aus, dass die Rechnung nicht korrekt ist. :-(   ─   pabelito89 02.11.2020 um 00:26

Als Fehlerhinweis wird noch genannt: "Erklärung
sin(x)=1 für x=1⋅π/2±2π etc." leider verstehe ich immer noch nicht, was ich da jetzt machen soll.

Wenn ich die Formel aus den Hinweis so Ausrechne komme ich auf Stellen , die außerhalb von -3 oder + 3 liegen. Aber die Aufgabe sagt folgendes: "(a) Bestimmen Sie die Menge der Nullstellen von f(x)=1−sin(π⋅x), die zwischen −3 und 3 liegen."

Es ist zum verzweifeln :-(
  ─   pabelito89 02.11.2020 um 00:33

pi/2 ist ja auch nur eine genannte Stelle in deinem Intverall, wo die Sinusfkt = 1 ist. Deswegen hast du natürlich nicht alle Nullstellen gefunden. Denn du musst auf deine Sinusfunktion schauen und du siehst, dass sie in dem positiven Abschnitt deines Intervalls zwei mal den Wert 1 annimmt, nämlich pi/2 und 5/2 pi. Das ist damit zu erklären, dass sinus die Periode 2*Pi besitzt. Also dass alle Werte sich nach 2*Pi wiederholen. Entsprechend sind deine Nullstellen im positiven x Bereich darstellbar als pi/2 + 2*pi*k mit k aus den natürlichen Zahlen, aber da du ja nur deine Nullstellen im Intervall [-3,3] brauchst, sind das nur pi/2 und 5/4 *pi. Bis hierhin verstanden?

Dann feheln die aber noch die Nullstellen im negativen Abschnitt. Da ist wichtig zu beachten, dass die Sinusfunktion nicht an der Stelle pi/2 = 1 ist. Denn sie ist offensichtlich im Punkt (0,0) gespiegelt, wenn du dir den Graphen anschaust, erkennst du, dass sinus den Wert 1 zum ersten mal an der Stelle 3/2 * pi annimmt. Entsprechend sind auch hier wieder deine weiteren Stellen, wo sinus den Wert 1 annimmt 3/2 * pi + 2*pi*k , k aus den Natürlichen Zahlen. Damit wäre deine zweite Stelle 7/2*pi, aber diese Stelle liegt offensichtlich nicht mehr in deinem Intervall, also hast du insgesamt 3 Nullstellen gefunden. Soweit verstanden?
  ─   vzqxi 02.11.2020 um 11:29

vzqxi, genau den Hinweis brauchte ich. Ich habe bisher nur Nullstellen von Quadratischen, Kubischen oder anderen x^ irgendwas Funktionen ausrechnen müssen. Über Nullstellen ausrechnen von Trigonometrischen Funktionen die transformiert wurden besitze ich kaum Kenntnisse und die meisten Videos, die ich dazu fand waren unvollständig und ich habe verzweifelt versucht das Prozedere zu verstehen. Wie gesagt, danke für deinen ersten Hinweis nochmal aber weiterführende Hinweise hätten bei mir zum Verständnis geführt :)   ─   pabelito89 03.11.2020 um 19:13

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