Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 6x -3 e 4x und g(x)= 10 e 2x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 6x -3 e 4x = 10 e 2x | -10 e 2x
e 6x -3 e 4x -10 e 2x = 0
( e 4x -3 e 2x -10 ) e 2x = 0

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

1. Fall:

e 4x -3 e 2x -10 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -3u -10 = 0

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

u1,2 = +3 ± ( -3 ) 2 -4 · 1 · ( -10 ) 21

u1,2 = +3 ± 9 +40 2

u1,2 = +3 ± 49 2

u1 = 3 + 49 2 = 3 +7 2 = 10 2 = 5

u2 = 3 - 49 2 = 3 -7 2 = -4 2 = -2

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 5

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

u2: e 2x = -2

e 2x = -2

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e 2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 5 ) }

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

x1 = 1 2 ln( 5 ) : f( 1 2 ln( 5 ) )= 10 e 2( 1 2 ln( 5 ) ) = 50 Somit gilt: S1( 1 2 ln( 5 ) |50)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= -2x +5 +6 x · e 1 3 x parallel zur Geraden y = -2x +7 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -2x +7 gilt m = -2

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

f(x)= -2x +5 +6 x · e 1 3 x

f'(x)= 6 e 1 3 x -2 +2 x · e 1 3 x

Also muss gelten:

6 e 1 3 x -2 +2 x · e 1 3 x = -2 | +2
6 e 1 3 x -2 +2 +2 x · e 1 3 x = 0
6 e 1 3 x +2 x · e 1 3 x = 0
2 ( x +3 ) e 1 3 x = 0

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

1. Fall:

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

2. Fall:

e 1 3 x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ -3 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -2 und sind somit parallel zur Geraden y = -2x +7 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 4x + e 2x -12 = 0

Lösung einblenden
e 4x + e 2x -12 = 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 -12 = 0

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

u1,2 = -1 ± 1 2 -4 · 1 · ( -12 ) 21

u1,2 = -1 ± 1 +48 2

u1,2 = -1 ± 49 2

u1 = -1 + 49 2 = -1 +7 2 = 6 2 = 3

u2 = -1 - 49 2 = -1 -7 2 = -8 2 = -4

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 3

e 2x = 3 |ln(⋅)
2x = ln( 3 ) |:2
x1 = 1 2 ln( 3 ) ≈ 0.5493

u2: e 2x = -4

e 2x = -4

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 3 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2x -2 2x -5 + 3x 3x -8 + -10x 6x -16 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 8 3 ; 5 2 }

3x 3x -8 + 2x -2 2x -5 - 10x 6x -16 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3x -8 weg!

3x 3x -8 + 2x -2 2x -5 - 10x 6x -16 = 0 |⋅( 3x -8 )
3x 3x -8 · ( 3x -8 ) + 2x -2 2x -5 · ( 3x -8 )- 10x 2( 3x -8 ) · ( 3x -8 ) = 0
3x + ( 2x -2 ) ( 3x -8 ) 2x -5 -5x = 0
3x + 6 x 2 -22x +16 2x -5 -5x = 0
6 x 2 -22x +16 2x -5 +3x -5x = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x -5 weg!

6 x 2 -22x +16 2x -5 +3x -5x = 0 |⋅( 2x -5 )
6 x 2 -22x +16 2x -5 · ( 2x -5 ) + 3x · ( 2x -5 ) -5x · ( 2x -5 ) = 0
6 x 2 -22x +16 +3 x ( 2x -5 )-5 x ( 2x -5 ) = 0
6 x 2 -22x +16 + ( 6 x 2 -15x ) + ( -10 x 2 +25x ) = 0
2 x 2 -12x +16 = 0
2 x 2 -12x +16 = 0 |:2

x 2 -6x +8 = 0

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

x1,2 = +6 ± ( -6 ) 2 -4 · 1 · 8 21

x1,2 = +6 ± 36 -32 2

x1,2 = +6 ± 4 2

x1 = 6 + 4 2 = 6 +2 2 = 8 2 = 4

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

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 2 ; 4 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3 x 3 +38 x 2 +109x +90 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von 3 x 3 +38 x 2 +109x +90 = 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 90 .

-2 ist eine Lösung, denn 3 ( -2 ) 3 +38 ( -2 ) 2 +109( -2 ) +90 = 0.

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

( 3 x 3 +38 x 2 +109x +90 ) : (x+2) = 3 x 2 +32x +45
-( 3 x 3 +6 x 2 )
32 x 2 +109x
-( 32 x 2 +64x )
45x +90
-( 45x +90 )
0

es gilt also:

3 x 3 +38 x 2 +109x +90 = ( 3 x 2 +32x +45 ) · ( x +2 )

( 3 x 2 +32x +45 ) ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

3 x 2 +32x +45 = 0

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

x1,2 = -32 ± 32 2 -4 · 3 · 45 23

x1,2 = -32 ± 1024 -540 6

x1,2 = -32 ± 484 6

x1 = -32 + 484 6 = -32 +22 6 = -10 6 = - 5 3 ≈ -1.67

x2 = -32 - 484 6 = -32 -22 6 = -54 6 = -9


2. Fall:

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

Polynomdivision mit -9

L={ -9 ; -2 ; - 5 3 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 2 | -2x +2 | +8 = 6

Lösung einblenden
1 2 | -2x +2 | +8 = 6
8 + 1 2 | -2x +2 | = 6 | -8
1 2 | -2x +2 | = -2 |⋅2
| -2x +2 | = -4

Da der Betrag links immer ≥ 0 sein muss, rechts aber eine negative Zahl steht, hat diese Gleichung keine Lösung!

L={}