Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 2 -5 und g(x)= - 4 x 2 . 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 2 weg!

x 2 -5 = - 4 x 2 |⋅( x 2 )
x 2 · x 2 -5 · x 2 = - 4 x 2 · x 2
x 2 · x 2 -5 x 2 = -4
x 4 -5 x 2 = -4
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

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

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

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

x1 = -2 : f( -2 )= - 4 ( -2 ) 2 = -1 Somit gilt: S1( -2 |-1)

x2 = -1 : f( -1 )= - 4 ( -1 ) 2 = -4 Somit gilt: S2( -1 |-4)

x3 = 1 : f( 1 )= - 4 1 2 = -4 Somit gilt: S3( 1 |-4)

x4 = 2 : f( 2 )= - 4 2 2 = -1 Somit gilt: S4( 2 |-1)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = x -2 gilt m = 1

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

f(x)= x -1 + x · e x

f'(x)= e x +1 + x · e x

Also muss gelten:

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

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

1. Fall:

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

2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ -1 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 1 und sind somit parallel zur Geraden y = x -2 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 7x +3 e 4x -18 e x = 0

Lösung einblenden
e 7x +3 e 4x -18 e x = 0
( e 6x +3 e 3x -18 ) e x = 0

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

1. Fall:

e 6x +3 e 3x -18 = 0

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

Setze u = e 3x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +3u -18 = 0

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

u1,2 = -3 ± 3 2 -4 · 1 · ( -18 ) 21

u1,2 = -3 ± 9 +72 2

u1,2 = -3 ± 81 2

u1 = -3 + 81 2 = -3 +9 2 = 6 2 = 3

u2 = -3 - 81 2 = -3 -9 2 = -12 2 = -6

Rücksubstitution:

u1: e 3x = 3

e 3x = 3 |ln(⋅)
3x = ln( 3 ) |:3
x1 = 1 3 ln( 3 ) ≈ 0.3662

u2: e 3x = -6

e 3x = -6

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 3 ln( 3 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

4x 2x -4 -4 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 2 }

Wir multiplizieren den Nenner 2x -4 weg!

4x 2x -4 -4 = 0 |⋅( 2x -4 )
4x 2x -4 · ( 2x -4 ) -4 · ( 2x -4 ) = 0
4x -8x +16 = 0
-4x +16 = 0
-4x +16 = 0 | -16
-4x = -16 |:(-4 )
x = 4

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 4 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 + x 2 +4x +4 = 0

Lösung einblenden

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

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

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

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

es gilt also:

x 3 + x 2 +4x +4 = ( x 2 +0 +4 ) · ( x +1 )

( x 2 +0 +4 ) · ( x +1 ) = 0
( x 2 +4 ) ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

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

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!


2. Fall:

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

L={ -1 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

| x -2 | +6 = 3

Lösung einblenden
| x -2 | +6 = 3
6 + | x -2 | = 3 | -6
| x -2 | = -3

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

L={}