Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 7 und g(x)= x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

x 7 = x | - x
x 7 - x = 0
x ( x 6 -1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 6 -1 = 0 | +1
x 6 = 1 | 6
x2 = - 1 6 = -1
x3 = 1 6 = 1

L={ -1 ; 0; 1 }

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

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

x2 = 0: f(0)=0 Somit gilt: S2(0|0)

x3 = 1 : f( 1 )= 1 Somit gilt: S3( 1 |1)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 5 x 5 - 4 3 x 3 parallel zur Geraden y = -2 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -2 gilt m = 0

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

f(x)= 1 5 x 5 - 4 3 x 3

f'(x)= x 4 -4 x 2

Also muss gelten:

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

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x1 = 0

2. Fall:

x 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x2 = - 4 = -2
x3 = 4 = 2

L={ -2 ; 0; 2 }

0 ist 2-fache Lösung!

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 0 und sind somit parallel zur Geraden y = -2 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

( 4 e 6x -3 ) · ( x 2 +4x ) = 0

Lösung einblenden
( 4 e 6x -3 ) ( x 2 +4x ) = 0

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

1. Fall:

4 e 6x -3 = 0 | +3
4 e 6x = 3 |:4
e 6x = 3 4 |ln(⋅)
6x = ln( 3 4 ) |:6
x1 = 1 6 ln( 3 4 ) ≈ -0.0479

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={ -4 ; 1 6 ln( 3 4 ) ; 0}

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

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

Lösung einblenden

D=R\{ 10 3 ; 3 }

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

Wir multiplizieren den Nenner 3x -10 weg!

x 3x -10 + 2x -2 2x -6 -5 = 0 |⋅( 3x -10 )
x 3x -10 · ( 3x -10 ) + 2x -2 2x -6 · ( 3x -10 ) -5 · ( 3x -10 ) = 0
x + ( 2x -2 ) ( 3x -10 ) 2x -6 -15x +50 = 0
x + 6 x 2 -26x +20 2x -6 -15x +50 = 0
6 x 2 -26x +20 2x -6 + x -15x +50 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x -6 weg!

6 x 2 -26x +20 2x -6 + x -15x +50 = 0 |⋅( 2x -6 )
6 x 2 -26x +20 2x -6 · ( 2x -6 ) + x · ( 2x -6 ) -15x · ( 2x -6 ) + 50 · ( 2x -6 ) = 0
6 x 2 -26x +20 + x ( 2x -6 )-15 x ( 2x -6 ) +100x -300 = 0
6 x 2 -26x +20 + ( 2 x 2 -6x ) + ( -30 x 2 +90x ) +100x -300 = 0
-22 x 2 +158x -280 = 0
-22 x 2 +158x -280 = 0 |:2

-11 x 2 +79x -140 = 0

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

x1,2 = -79 ± 79 2 -4 · ( -11 ) · ( -140 ) 2( -11 )

x1,2 = -79 ± 6241 -6160 -22

x1,2 = -79 ± 81 -22

x1 = -79 + 81 -22 = -79 +9 -22 = -70 -22 = 35 11 ≈ 3.18

x2 = -79 - 81 -22 = -79 -9 -22 = -88 -22 = 4

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 35 11 ; 4 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 -8 x 3 +5 x 2 +38x +24 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 -8 x 3 +5 x 2 +38x +24 = 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 24 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 4 -8 ( -1 ) 3 +5 ( -1 ) 2 +38( -1 ) +24 = 0.

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

( x 4 -8 x 3 +5 x 2 +38x +24 ) : (x+1) = x 3 -9 x 2 +14x +24
-( x 4 + x 3 )
-9 x 3 +5 x 2
-( -9 x 3 -9 x 2 )
14 x 2 +38x
-( 14 x 2 +14x )
24x +24
-( 24x +24 )
0

es gilt also:

x 4 -8 x 3 +5 x 2 +38x +24 = ( x 3 -9 x 2 +14x +24 ) · ( x +1 )

( x 3 -9 x 2 +14x +24 ) ( 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 -9 x 2 +14x +24 = 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 24 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 3 -9 ( -1 ) 2 +14( -1 ) +24 = 0.

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

( x 3 -9 x 2 +14x +24 ) : (x+1) = x 2 -10x +24
-( x 3 + x 2 )
-10 x 2 +14x
-( -10 x 2 -10x )
24x +24
-( 24x +24 )
0

es gilt also:

x 3 -9 x 2 +14x +24 = ( x 2 -10x +24 ) · ( x +1 )

( x 2 -10x +24 ) ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -10x +24 = 0

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

x1,2 = +10 ± ( -10 ) 2 -4 · 1 · 24 21

x1,2 = +10 ± 100 -96 2

x1,2 = +10 ± 4 2

x1 = 10 + 4 2 = 10 +2 2 = 12 2 = 6

x2 = 10 - 4 2 = 10 -2 2 = 8 2 = 4


2. Fall:

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

Polynomdivision mit 4

Polynomdivision mit 6


2. Fall:

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

Polynomdivision mit 4

Polynomdivision mit 6

L={ -1 ; 4 ; 6 }

-1 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 2 | 4x +12 | -9 = 11

Lösung einblenden
1 2 | 4x +12 | -9 = 11
-9 + 1 2 | 4x +12 | = 11 | +9
1 2 | 4x +12 | = 20 |⋅2
| 4x +12 | = 40

1. Fall: 4x +12 ≥ 0:

4x +12 = 40 | -12
4x = 28 |:4
x1 = 7

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 4x +12 ≥ 0) genügt:

47 +12 = 40 ≥ 0

Die Lösung 7 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 4x +12 < 0:

-( 4x +12 ) = 40
-4x -12 = 40 | +12
-4x = 52 |:(-4 )
x2 = -13

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 4x +12 < 0) genügt:

4( -13 ) +12 = -40 < 0

Die Lösung -13 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -13 ; 7 }