Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 2x +4 e x und g(x)= 21 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 2x +4 e x = 21 | -21
e 2x +4 e x -21 = 0

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

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +4u -21 = 0

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

u1,2 = -4 ± 4 2 -4 · 1 · ( -21 ) 21

u1,2 = -4 ± 16 +84 2

u1,2 = -4 ± 100 2

u1 = -4 + 100 2 = -4 +10 2 = 6 2 = 3

u2 = -4 - 100 2 = -4 -10 2 = -14 2 = -7

Rücksubstitution:

u1: e x = 3

e x = 3 |ln(⋅)
x1 = ln( 3 ) ≈ 1.0986

u2: e x = -7

e x = -7

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ ln( 3 ) }

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

x1 = ln( 3 ) : f( ln( 3 ) )= 21 Somit gilt: S1( ln( 3 ) |21)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= -2x -2 +8 x · e 1 4 x parallel zur Geraden y = -2x -1 sind.

Lösung einblenden

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

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

f(x)= -2x -2 +8 x · e 1 4 x

f'(x)= 8 e 1 4 x -2 +2 x · e 1 4 x

Also muss gelten:

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

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

( -8 e -6x +2 ) · ( x 2 -4x ) = 0

Lösung einblenden
( -8 e -6x +2 ) ( x 2 -4x ) = 0

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

1. Fall:

-8 e -6x +2 = 0 | -2
-8 e -6x = -2 |:-8
e -6x = 1 4 |ln(⋅)
-6x = ln( 1 4 ) |:-6
x1 = - 1 6 ln( 1 4 ) ≈ 0.231

2. Fall:

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

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

1. Fall:

x2 = 0

2. Fall:

x -4 = 0 | +4
x3 = 4

L={0; - 1 6 ln( 1 4 ) ; 4 }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

11x +1 3x -4 = 0

Lösung einblenden

D=R\{0}

Wir multiplizieren den Nenner 3x weg!

11x +1 3x -4 = 0 |⋅( 3x )
11x +1 3x · 3x -4 · 3x = 0
11x +1 -12x = 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 +2 x 2 +9x +18 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 +2 x 2 +9x +18 = 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 18 .

-2 ist eine Lösung, denn ( -2 ) 3 +2 ( -2 ) 2 +9( -2 ) +18 = 0.

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

( x 3 +2 x 2 +9x +18 ) : (x+2) = x 2 +0 +9
-( x 3 +2 x 2 )
0 +9x
-(0 0)
9x +18
-( 9x +18 )
0

es gilt also:

x 3 +2 x 2 +9x +18 = ( x 2 +0 +9 ) · ( x +2 )

( x 2 +0 +9 ) · ( x +2 ) = 0
( x 2 +9 ) ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +9 = 0 | -9
x 2 = -9 | 2

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!


2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x1 = -2

L={ -2 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 2 | -x -2 | +7 = 6

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

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

L={}