Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x + 6 x und g(x)= 5 . 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 + 6 x = 5 |⋅( x )
x · x + 6 x · x = 5 · x
x · x +6 = 5x
x 2 +6 = 5x
x 2 +6 = 5x | -5x

x 2 -5x +6 = 0

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

x1,2 = +5 ± ( -5 ) 2 -4 · 1 · 6 21

x1,2 = +5 ± 25 -24 2

x1,2 = +5 ± 1 2

x1 = 5 + 1 2 = 5 +1 2 = 6 2 = 3

x2 = 5 - 1 2 = 5 -1 2 = 4 2 = 2

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 2 ; 3 }

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

x1 = 2 : f( 2 )= 5 Somit gilt: S1( 2 |5)

x2 = 3 : f( 3 )= 5 Somit gilt: S2( 3 |5)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 5 x 5 + x 3 parallel zur Geraden y = 28x -1 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 28x -1 gilt m = 28

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

f(x)= 1 5 x 5 + x 3

f'(x)= x 4 +3 x 2

Also muss gelten:

x 4 +3 x 2 = 28 | -28
x 4 +3 x 2 -28 = 0

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

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +3u -28 = 0

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

u1,2 = -3 ± 3 2 -4 · 1 · ( -28 ) 21

u1,2 = -3 ± 9 +112 2

u1,2 = -3 ± 121 2

u1 = -3 + 121 2 = -3 +11 2 = 8 2 = 4

u2 = -3 - 121 2 = -3 -11 2 = -14 2 = -7

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 4

x 2 = 4 | 2
x1 = - 4 = -2
x2 = 4 = 2

u2: x 2 = -7

x 2 = -7 | 2

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

L={ -2 ; 2 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 28 und sind somit parallel zur Geraden y = 28x -1 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 2x -11 e x = -28

Lösung einblenden
e 2x -11 e x = -28 | +28
e 2x -11 e x +28 = 0

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

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -11u +28 = 0

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

u1,2 = +11 ± ( -11 ) 2 -4 · 1 · 28 21

u1,2 = +11 ± 121 -112 2

u1,2 = +11 ± 9 2

u1 = 11 + 9 2 = 11 +3 2 = 14 2 = 7

u2 = 11 - 9 2 = 11 -3 2 = 8 2 = 4

Rücksubstitution:

u1: e x = 7

e x = 7 |ln(⋅)
x1 = ln( 7 ) ≈ 1.9459

u2: e x = 4

e x = 4 |ln(⋅)
x2 = ln( 4 ) ≈ 1.3863
x2 = 2 ln( 2 )

L={ 2 ln( 2 ) ; ln( 7 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

4x 3x +2 -2 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ - 2 3 }

Wir multiplizieren den Nenner 3x +2 weg!

4x 3x +2 -2 = 0 |⋅( 3x +2 )
4x 3x +2 · ( 3x +2 ) -2 · ( 3x +2 ) = 0
4x -6x -4 = 0
-2x -4 = 0
-2x -4 = 0 | +4
-2x = 4 |:(-2 )
x = -2

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -2 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 - x 2 +2x -2 = 0

Lösung einblenden

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

1 ist eine Lösung, denn 1 3 - 1 2 +21 -2 = 0.

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

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

es gilt also:

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

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

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

1. Fall:

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

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x1 = 1

L={ 1 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

- 1 3 | -4x +4 | -6 = -18

Lösung einblenden
- 1 3 | -4x +4 | -6 = -18
-6 - 1 3 | -4x +4 | = -18 | +6
- 1 3 | -4x +4 | = -12 |⋅ ( -3 )
| -4x +4 | = 36

1. Fall: -4x +4 ≥ 0:

-4x +4 = 36 | -4
-4x = 32 |:(-4 )
x1 = -8

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

-4( -8 ) +4 = 36 ≥ 0

Die Lösung -8 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -4x +4 < 0:

-( -4x +4 ) = 36
4x -4 = 36 | +4
4x = 40 |:4
x2 = 10

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

-410 +4 = -36 < 0

Die Lösung 10 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -8 ; 10 }