Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x -1 und g(x)=0. Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

Um die Schnittpunkte zu berechnen, müssen wir einfach die beiden Funktionsterme gleichsetzen:

x -1 = 0 | +1
x = 1

L={ 1 }

Damit haben wir die Schnittstellen. Jetzt müssen wir die x-Werte nur noch in einen der beiden Funktionsterme einsetzen:

x1 = 1 : f( 1 )=0 = 0 Somit gilt: S1( 1 |0)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 5 x 5 - 5 3 x 3 parallel zur Geraden y = -4x +2 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -4x +2 gilt m = -4

Die Steigungen der Tangenten an f können wir mit der Ableitungsfunktion f' berechnen.

f(x)= 1 5 x 5 - 5 3 x 3

f'(x)= x 4 -5 x 2

Also muss gelten:

x 4 -5 x 2 = -4 | +4
x 4 -5 x 2 +4 = 0

Diese Gleichung kann durch Substitution auf eine quadratische Gleichung zurückgeführt werden!

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -5u +4 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

u1,2 = +5 ± ( -5 ) 2 -4 · 1 · 4 21

u1,2 = +5 ± 25 -16 2

u1,2 = +5 ± 9 2

u1 = 5 + 9 2 = 5 +3 2 = 8 2 = 4

u2 = 5 - 9 2 = 5 -3 2 = 2 2 = 1

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 4

x 2 = 4 | 2
x1 = - 4 = -2
x2 = 4 = 2

u2: x 2 = 1

x 2 = 1 | 2
x3 = - 1 = -1
x4 = 1 = 1

L={ -2 ; -1 ; 1 ; 2 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -4 und sind somit parallel zur Geraden y = -4x +2 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 2 -4x -5 = 0

Lösung einblenden

x 2 -4x -5 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = +4 ± ( -4 ) 2 -4 · 1 · ( -5 ) 21

x1,2 = +4 ± 16 +20 2

x1,2 = +4 ± 36 2

x1 = 4 + 36 2 = 4 +6 2 = 10 2 = 5

x2 = 4 - 36 2 = 4 -6 2 = -2 2 = -1

L={ -1 ; 5 }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

8x x -1 + 7x -1 2x + -17x -1 2x = 0

Lösung einblenden

D=R\{0; 1 }

7x -1 -17x -1 2x + 8x x -1 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x weg!

7x -1 -17x -1 2x + 8x x -1 = 0 |⋅( 2x )
7x -1 -17x -1 2x · 2x + 8x x -1 · 2x = 0
7x -1 -17x -1 +2 8 x · x x -1 = 0
7x -1 -17x -1 +2 8 x 2 x -1 = 0
2 8 x 2 x -1 +7x -17x -1 -1 = 0

Wir multiplizieren den Nenner x -1 weg!

2 8 x 2 x -1 +7x -17x -1 -1 = 0 |⋅( x -1 )
2 8 x 2 x -1 · ( x -1 ) + 7x · ( x -1 ) -17x · ( x -1 ) -1 · ( x -1 ) -1 · ( x -1 ) = 0
16 x 2 +7 x ( x -1 )-17 x ( x -1 ) - x +1 - x +1 = 0
16 x 2 + ( 7 x 2 -7x ) + ( -17 x 2 +17x ) - x +1 - x +1 = 0
6 x 2 +8x +2 = 0
6 x 2 +8x +2 = 0 |:2

3 x 2 +4x +1 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = -4 ± 4 2 -4 · 3 · 1 23

x1,2 = -4 ± 16 -12 6

x1,2 = -4 ± 4 6

x1 = -4 + 4 6 = -4 +2 6 = -2 6 = - 1 3 ≈ -0.33

x2 = -4 - 4 6 = -4 -2 6 = -6 6 = -1

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -1 ; - 1 3 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 +9 x 3 +7 x 2 -9x -8 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 +9 x 3 +7 x 2 -9x -8 = 0 zu bestimmen, ist mit Polynomdivision.
Das funktioniert aber nur, wenn wir eine ganzzahlige Lösung durch Ausprobieren finden.
Dazu testen wir alle Teiler (mit beiden Vorzeichen) des Absolutglieds -8 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 4 +9 ( -1 ) 3 +7 ( -1 ) 2 -9( -1 ) -8 = 0.

Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x+1) durch.

( x 4 +9 x 3 +7 x 2 -9x -8 ) : (x+1) = x 3 +8 x 2 - x -8
-( x 4 + x 3 )
8 x 3 +7 x 2
-( 8 x 3 +8 x 2 )
- x 2 -9x
-( - x 2 - x )
-8x -8
-( -8x -8 )
0

es gilt also:

x 4 +9 x 3 +7 x 2 -9x -8 = ( x 3 +8 x 2 - x -8 ) · ( x +1 )

( x 3 +8 x 2 - x -8 ) ( x +1 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 +8 x 2 - x -8 = 0 zu bestimmen, ist mit Polynomdivision.
Das funktioniert aber nur, wenn wir eine ganzzahlige Lösung durch Ausprobieren finden.
Dazu testen wir alle Teiler (mit beiden Vorzeichen) des Absolutglieds -8 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 3 +8 ( -1 ) 2 - ( -1 ) -8 = 0.

Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x+1) durch.

( x 3 +8 x 2 - x -8 ) : (x+1) = x 2 +7x -8
-( x 3 + x 2 )
7 x 2 - x
-( 7 x 2 +7x )
-8x -8
-( -8x -8 )
0

es gilt also:

x 3 +8 x 2 - x -8 = ( x 2 +7x -8 ) · ( x +1 )

( x 2 +7x -8 ) ( x +1 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x 2 +7x -8 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = -7 ± 7 2 -4 · 1 · ( -8 ) 21

x1,2 = -7 ± 49 +32 2

x1,2 = -7 ± 81 2

x1 = -7 + 81 2 = -7 +9 2 = 2 2 = 1

x2 = -7 - 81 2 = -7 -9 2 = -16 2 = -8


2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x3 = -1

Polynomdivision mit 1

Polynomdivision mit -8


2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x4 = -1

Polynomdivision mit 1

Polynomdivision mit -8

L={ -8 ; -1 ; 1 }

-1 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

- 1 3 | -3x +3 | -7 = -19

Lösung einblenden
- 1 3 | -3x +3 | -7 = -19
-7 - 1 3 | -3x +3 | = -19 | +7
- 1 3 | -3x +3 | = -12 |⋅ ( -3 )
| -3x +3 | = 36

1. Fall: -3x +3 ≥ 0:

-3x +3 = 36 | -3
-3x = 33 |:(-3 )
x1 = -11

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -3x +3 ≥ 0) genügt:

-3( -11 ) +3 = 36 ≥ 0

Die Lösung -11 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -3x +3 < 0:

-( -3x +3 ) = 36
3x -3 = 36 | +3
3x = 39 |:3
x2 = 13

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -3x +3 < 0) genügt:

-313 +3 = -36 < 0

Die Lösung 13 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -11 ; 13 }