Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 8 +16 x 5 und g(x)= -64 x 2 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

x 8 +16 x 5 = -64 x 2 | +64 x 2
x 8 +16 x 5 +64 x 2 = 0
x 2 ( x 6 +16 x 3 +64 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x1 = 0

2. Fall:

x 6 +16 x 3 +64 = 0

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

Setze u = x 3

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +16u +64 = 0

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

u1,2 = -16 ± 16 2 -4 · 1 · 64 21

u1,2 = -16 ± 256 -256 2

u1,2 = -16 ± 0 2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

u = -16 2 = -8

Rücksubstitution:

u1: x 3 = -8

x 3 = -8 | 3
x2 = - 8 3 = -2

u2: x 3 = -8

x 3 = -8 | 3
x3 = - 8 3 = -2

L={ -2 ; 0}

-2 ist 2-fache Lösung! 0 ist 2-fache Lösung!

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

x1 = -2 : f( -2 )= -64 ( -2 ) 2 = -256 Somit gilt: S1( -2 |-256)

x2 = 0: f(0)= -64 0 2 = -0 Somit gilt: S2(0|-0)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 4 e 4x - 1 2 e 2x parallel zur Geraden y = 20x -7 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 20x -7 gilt m = 20

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

f(x)= 1 4 e 4x - 1 2 e 2x

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

Also muss gelten:

e 4x - e 2x = 20 | -20
e 4x - e 2x -20 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 - u -20 = 0

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

u1,2 = +1 ± ( -1 ) 2 -4 · 1 · ( -20 ) 21

u1,2 = +1 ± 1 +80 2

u1,2 = +1 ± 81 2

u1 = 1 + 81 2 = 1 +9 2 = 10 2 = 5

u2 = 1 - 81 2 = 1 -9 2 = -8 2 = -4

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 5

e 2x = 5 |ln(⋅)
2x = ln( 5 ) |:2
x1 = 1 2 ln( 5 ) ≈ 0.8047

u2: e 2x = -4

e 2x = -4

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 5 ) }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 20 und sind somit parallel zur Geraden y = 20x -7 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 8x +2 e 5x = 35 e 2x

Lösung einblenden
e 8x +2 e 5x = 35 e 2x | -35 e 2x
e 8x +2 e 5x -35 e 2x = 0
( e 6x +2 e 3x -35 ) e 2x = 0

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

1. Fall:

e 6x +2 e 3x -35 = 0

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

Setze u = e 3x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +2u -35 = 0

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

u1,2 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( -35 ) 21

u1,2 = -2 ± 4 +140 2

u1,2 = -2 ± 144 2

u1 = -2 + 144 2 = -2 +12 2 = 10 2 = 5

u2 = -2 - 144 2 = -2 -12 2 = -14 2 = -7

Rücksubstitution:

u1: e 3x = 5

e 3x = 5 |ln(⋅)
3x = ln( 5 ) |:3
x1 = 1 3 ln( 5 ) ≈ 0.5365

u2: e 3x = -7

e 3x = -7

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e 2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 3 ln( 5 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

-2 x -1 = 0

Lösung einblenden

D=R\{0}

-1 - 2 x = 0

Wir multiplizieren den Nenner x weg!

-1 - 2 x = 0 |⋅( x )
-1 · x - 2 x · x = 0
-x -2 = 0
-x -2 = 0 | +2
-x = 2 |:(-1 )
x = -2

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -2 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 -4 x 3 -16 x 2 +16x +48 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 -4 x 3 -16 x 2 +16x +48 = 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 48 .

-2 ist eine Lösung, denn ( -2 ) 4 -4 ( -2 ) 3 -16 ( -2 ) 2 +16( -2 ) +48 = 0.

Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x+2) durch.

( x 4 -4 x 3 -16 x 2 +16x +48 ) : (x+2) = x 3 -6 x 2 -4x +24
-( x 4 +2 x 3 )
-6 x 3 -16 x 2
-( -6 x 3 -12 x 2 )
-4 x 2 +16x
-( -4 x 2 -8x )
24x +48
-( 24x +48 )
0

es gilt also:

x 4 -4 x 3 -16 x 2 +16x +48 = ( x 3 -6 x 2 -4x +24 ) · ( x +2 )

( x 3 -6 x 2 -4x +24 ) ( x +2 ) = 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 -6 x 2 -4x +24 = 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 24 .

-2 ist eine Lösung, denn ( -2 ) 3 -6 ( -2 ) 2 -4( -2 ) +24 = 0.

Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x+2) durch.

( x 3 -6 x 2 -4x +24 ) : (x+2) = x 2 -8x +12
-( x 3 +2 x 2 )
-8 x 2 -4x
-( -8 x 2 -16x )
12x +24
-( 12x +24 )
0

es gilt also:

x 3 -6 x 2 -4x +24 = ( x 2 -8x +12 ) · ( x +2 )

( x 2 -8x +12 ) ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -8x +12 = 0

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

x1,2 = +8 ± ( -8 ) 2 -4 · 1 · 12 21

x1,2 = +8 ± 64 -48 2

x1,2 = +8 ± 16 2

x1 = 8 + 16 2 = 8 +4 2 = 12 2 = 6

x2 = 8 - 16 2 = 8 -4 2 = 4 2 = 2


2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x3 = -2

Polynomdivision mit 2

Polynomdivision mit 6


2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x4 = -2

Polynomdivision mit 2

Polynomdivision mit 6

L={ -2 ; 2 ; 6 }

-2 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 3 | x +4 | +6 = 7

Lösung einblenden
1 3 | x +4 | +6 = 7
6 + 1 3 | x +4 | = 7 | -6
1 3 | x +4 | = 1 |⋅3
| x +4 | = 3

1. Fall: x +4 ≥ 0:

x +4 = 3 | -4
x1 = -1

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( x +4 ≥ 0) genügt:

-1 +4 = 3 ≥ 0

Die Lösung -1 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: x +4 < 0:

-( x +4 ) = 3
-x -4 = 3 | +4
-x = 7 |:(-1 )
x2 = -7

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( x +4 < 0) genügt:

-7 +4 = -3 < 0

Die Lösung -7 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -7 ; -1 }