Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 3 -13x und g(x)= - 36 x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

D=R\{0}

Wir multiplizieren den Nenner x weg!

x 3 -13x = - 36 x |⋅( x )
x 3 · x -13x · x = - 36 x · x
x 3 · x -13 x · x = -36
x 4 -13 x 2 = -36
x 4 -13 x 2 = -36 | +36
x 4 -13 x 2 +36 = 0

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

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -13u +36 = 0

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

u1,2 = +13 ± ( -13 ) 2 -4 · 1 · 36 21

u1,2 = +13 ± 169 -144 2

u1,2 = +13 ± 25 2

u1 = 13 + 25 2 = 13 +5 2 = 18 2 = 9

u2 = 13 - 25 2 = 13 -5 2 = 8 2 = 4

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 9

x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

u2: x 2 = 4

x 2 = 4 | 2
x3 = - 4 = -2
x4 = 4 = 2

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -3 ; -2 ; 2 ; 3 }

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

x1 = -3 : f( -3 )= - 36 ( -3 ) = 12 Somit gilt: S1( -3 |12)

x2 = -2 : f( -2 )= - 36 ( -2 ) = 18 Somit gilt: S2( -2 |18)

x3 = 2 : f( 2 )= - 36 2 = -18 Somit gilt: S3( 2 |-18)

x4 = 3 : f( 3 )= - 36 3 = -12 Somit gilt: S4( 3 |-12)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = x -3 gilt m = 1

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

f(x)= x -2 +3 x · e 3x

f'(x)= 3 e 3x +1 +9 x · e 3x

Also muss gelten:

3 e 3x +1 +9 x · e 3x = 1 | -1
3 e 3x +1 -1 +9 x · e 3x = 0
3 e 3x +9 x · e 3x = 0
3 ( 3x +1 ) e 3x = 0

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

1. Fall:

3x +1 = 0 | -1
3x = -1 |:3
x1 = - 1 3

2. Fall:

e 3x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ - 1 3 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 1 und sind somit parallel zur Geraden y = x -3 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

( - e -5x +5 ) · ( x 4 - x 2 ) = 0

Lösung einblenden
( - e -5x +5 ) ( x 4 - x 2 ) = 0

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

1. Fall:

- e -5x +5 = 0 | -5
- e -5x = -5 |:-1
e -5x = 5 |ln(⋅)
-5x = ln( 5 ) |:-5
x1 = - 1 5 ln( 5 ) ≈ -0.3219

2. Fall:

x 4 - x 2 = 0
x 2 ( x 2 -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x2 = 0

2. Fall:

x 2 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x3 = - 1 = -1
x4 = 1 = 1

L={ -1 ; - 1 5 ln( 5 ) ; 0; 1 }

0 ist 2-fache Lösung!

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3x -1 2x -2 = 0

Lösung einblenden

D=R\{0}

Wir multiplizieren den Nenner 2x weg!

3x -1 2x -2 = 0 |⋅( 2x )
3x -1 2x · 2x -2 · 2x = 0
3x -1 -4x = 0
-x -1 = 0
-x -1 = 0 | +1
-x = 1 |:(-1 )
x = -1

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -1 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 + x 2 +6x +6 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 + x 2 +6x +6 = 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 6 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 3 + ( -1 ) 2 +6( -1 ) +6 = 0.

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

( x 3 + x 2 +6x +6 ) : (x+1) = x 2 +0 +6
-( x 3 + x 2 )
0 +6x
-(0 0)
6x +6
-( 6x +6 )
0

es gilt also:

x 3 + x 2 +6x +6 = ( x 2 +0 +6 ) · ( x +1 )

( x 2 +0 +6 ) · ( x +1 ) = 0
( x 2 +6 ) ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +6 = 0 | -6
x 2 = -6 | 2

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!


2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x1 = -1

L={ -1 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

- 1 2 | 4x +4 | -4 = -8

Lösung einblenden
- 1 2 | 4x +4 | -4 = -8
-4 - 1 2 | 4x +4 | = -8 | +4
- 1 2 | 4x +4 | = -4 |⋅ ( -2 )
| 4x +4 | = 8

1. Fall: 4x +4 ≥ 0:

4x +4 = 8 | -4
4x = 4 |:4
x1 = 1

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

41 +4 = 8 ≥ 0

Die Lösung 1 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 4x +4 < 0:

-( 4x +4 ) = 8
-4x -4 = 8 | +4
-4x = 12 |:(-4 )
x2 = -3

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

4( -3 ) +4 = -8 < 0

Die Lösung -3 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -3 ; 1 }