Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 3x -6 e -x und g(x)= -5 e x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 3x -6 e -x = -5 e x | +5 e x
e 3x +5 e x -6 e -x = 0
( e 4x +5 e 2x -6 ) e -x = 0

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

1. Fall:

e 4x +5 e 2x -6 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +5u -6 = 0

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

u1,2 = -5 ± 5 2 -4 · 1 · ( -6 ) 21

u1,2 = -5 ± 25 +24 2

u1,2 = -5 ± 49 2

u1 = -5 + 49 2 = -5 +7 2 = 2 2 = 1

u2 = -5 - 49 2 = -5 -7 2 = -12 2 = -6

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 1

e 2x = 1 |ln(⋅)
2x = 0 |:2
x1 = 0 ≈ 0

u2: e 2x = -6

e 2x = -6

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e -x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={0}

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

x1 = 0: f(0)= -5 e 0 = -5 Somit gilt: S1(0|-5)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

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

f(x)= -2x +1 +4 x · e - 1 4 x

f'(x)= 4 e - 1 4 x -2 - x · e - 1 4 x

Also muss gelten:

4 e - 1 4 x -2 - x · e - 1 4 x = -2 | +2
4 e - 1 4 x -2 +2 - x · e - 1 4 x = 0
4 e - 1 4 x - x · e - 1 4 x = 0
( -x +4 ) e - 1 4 x = 0

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

1. Fall:

-x +4 = 0 | -4
-x = -4 |:(-1 )
x1 = 4

2. Fall:

e - 1 4 x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 4 }

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

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 3x -5 e 2x +4 e x = 0

Lösung einblenden
e 3x -5 e 2x +4 e x = 0
( e 2x -5 e x +4 ) e x = 0

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

1. Fall:

e 2x -5 e x +4 = 0

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

Setze u = e x

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: e x = 4

e x = 4 |ln(⋅)
x1 = ln( 4 ) ≈ 1.3863
x1 = 2 ln( 2 )

u2: e x = 1

e x = 1 |ln(⋅)
x2 = 0 ≈ 0

2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={0; 2 ln( 2 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2x x -2 -4 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 2 }

Wir multiplizieren den Nenner x -2 weg!

2x x -2 -4 = 0 |⋅( x -2 )
2x x -2 · ( x -2 ) -4 · ( x -2 ) = 0
2x -4x +8 = 0
-2x +8 = 0
-2x +8 = 0 | -8
-2x = -8 |:(-2 )
x = 4

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 4 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 +7 x 3 -3 x 2 -23x -14 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 +7 x 3 -3 x 2 -23x -14 = 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 -14 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 4 +7 ( -1 ) 3 -3 ( -1 ) 2 -23( -1 ) -14 = 0.

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

( x 4 +7 x 3 -3 x 2 -23x -14 ) : (x+1) = x 3 +6 x 2 -9x -14
-( x 4 + x 3 )
6 x 3 -3 x 2
-( 6 x 3 +6 x 2 )
-9 x 2 -23x
-( -9 x 2 -9x )
-14x -14
-( -14x -14 )
0

es gilt also:

x 4 +7 x 3 -3 x 2 -23x -14 = ( x 3 +6 x 2 -9x -14 ) · ( x +1 )

( x 3 +6 x 2 -9x -14 ) ( 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 +6 x 2 -9x -14 = 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 -14 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 3 +6 ( -1 ) 2 -9( -1 ) -14 = 0.

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

( x 3 +6 x 2 -9x -14 ) : (x+1) = x 2 +5x -14
-( x 3 + x 2 )
5 x 2 -9x
-( 5 x 2 +5x )
-14x -14
-( -14x -14 )
0

es gilt also:

x 3 +6 x 2 -9x -14 = ( x 2 +5x -14 ) · ( x +1 )

( x 2 +5x -14 ) ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +5x -14 = 0

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

x1,2 = -5 ± 5 2 -4 · 1 · ( -14 ) 21

x1,2 = -5 ± 25 +56 2

x1,2 = -5 ± 81 2

x1 = -5 + 81 2 = -5 +9 2 = 4 2 = 2

x2 = -5 - 81 2 = -5 -9 2 = -14 2 = -7


2. Fall:

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

Polynomdivision mit 2

Polynomdivision mit -7


2. Fall:

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

Polynomdivision mit 2

Polynomdivision mit -7

L={ -7 ; -1 ; 2 }

-1 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 2 | -2x +10 | +7 = 13

Lösung einblenden
1 2 | -2x +10 | +7 = 13
7 + 1 2 | -2x +10 | = 13 | -7
1 2 | -2x +10 | = 6 |⋅2
| -2x +10 | = 12

1. Fall: -2x +10 ≥ 0:

-2x +10 = 12 | -10
-2x = 2 |:(-2 )
x1 = -1

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -2x +10 ≥ 0) genügt:

-2( -1 ) +10 = 12 ≥ 0

Die Lösung -1 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -2x +10 < 0:

-( -2x +10 ) = 12
2x -10 = 12 | +10
2x = 22 |:2
x2 = 11

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -2x +10 < 0) genügt:

-211 +10 = -12 < 0

Die Lösung 11 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -1 ; 11 }