Trigonometrisches Gleichungssystem

Erste Frage Aufrufe: 606     Aktiv: 26.03.2020 um 17:30

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A(t) = a*sin(b*t+c)+d
A'(t) = a*b*cos(b*t+c)

A(0) = 0.9
A'(0) = 0
A(2.5) = 3.5
A'(2.5) = 0

Es gilt das Gleichungssystem zu lösen, sprich die 4 Unbekannten zu errechnen.

Ich scheitere irgendwie daran, dass die Unbekannten zum Teil im sinus und cosinus sind haha. Ist es möglich, das System mit Hilfe von Matrizen zu lösen? Sollte doch eigentlich funktionieren, mir fehlen jedoch die Koeffizienten dafür...

Bitte um schnelle Hilfe =)

gefragt

Punkte: 12

 

LÖSUNG:

a = (3.5 - 0.9) / 2 = 1.3
b = (2 * PI) / p = 1.26 (in der Angabe war noch eine halbe Periode von 2.5 Sekunden enthalten, also eine Periode von 5 Sekunden)
c = arcsin((3.5 - 2.2) / a) - (b * 2.5) = -1.579
d = (0.9 + 3.5) / 2 = 2.2
  ─   david.hoetzel1 26.03.2020 um 17:30
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1 Antwort
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Matrizen funktionieren nur für lineare Gleichungssysteme, hier also nicht.

Wir müssen hier aber gar nicht viel rechnen, sondern können überlegen. Die Funktion ist ein gestreckter und verschobener Sinus. Ein Minimum ist bei 0, ein Maximum bei 2.5. Da wir nicht wissen, ob dazwischen noch Extrema liegen, können wir die Periode nicht eindeutig bestimmen, sie hat die Form \(\frac5{2k+1}\) für \(k\in\mathbb N_0\), wobei \(k\) die Anzahl der Minima angibt, die zwischen 0 und 2.5 liegen. Dadurch können wir sofort unser \(b\) bestimmen: \(b=\frac{2\pi(2k+1)}5\). Die Amplitude \(a\) ist \(a=\frac{\max-\min}2=\frac{3.5-0.9}2=1.3\) und die Verschiebung in \(y\)-Richtung \(d=\frac{\min+\max}2=2.2\). Damit das Minimum bei 0 liegt, müssen wir den Sinus z.B. um eine viertel Periode nach rechts verschieben, d.h. \(c=-\frac\pi2.\)

Die vollständige Funktion lautet also \(A(x)=1.3\sin\left(\frac{2\pi(2k+1)}5x-\frac\pi2\right)+2.2.\)

Das hätte man sich auch rechnerisch erarbeiten können, wäre aber unnötig umständlich.

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Danke.

Zwar nicht ganz schlüssig wie man auf c kommt, aber das konnte ich durch Ihre Lösung aus dem Internet erarbeiten =)
  ─   david.hoetzel1 26.03.2020 um 17:26

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