Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 3x +5 e 2x und g(x)= 14 e x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 3x +5 e 2x = 14 e x | -14 e x
e 3x +5 e 2x -14 e x = 0
( e 2x +5 e x -14 ) e x = 0

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

1. Fall:

e 2x +5 e x -14 = 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 -14 = 0

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

u1,2 = -5 ± 5 2 -4 · 1 · ( -14 ) 21

u1,2 = -5 ± 25 +56 2

u1,2 = -5 ± 81 2

u1 = -5 + 81 2 = -5 +9 2 = 4 2 = 2

u2 = -5 - 81 2 = -5 -9 2 = -14 2 = -7

Rücksubstitution:

u1: e x = 2

e x = 2 |ln(⋅)
x1 = ln( 2 ) ≈ 0.6931

u2: e x = -7

e x = -7

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ ln( 2 ) }

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

x1 = ln( 2 ) : f( ln( 2 ) )= 14 e ln( 2 ) = 28 Somit gilt: S1( ln( 2 ) |28)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= -x -2 +12 x 2 · e 1 3 x parallel zur Geraden y = -x +5 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -x +5 gilt m = -1

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

f(x)= -x -2 +12 x 2 · e 1 3 x

f'(x)= -1 +4 x 2 · e 1 3 x +24 x · e 1 3 x

Also muss gelten:

-1 +4 x 2 · e 1 3 x +24 x · e 1 3 x = -1 | +1
-1 +1 +4 x 2 · e 1 3 x +24 x · e 1 3 x = 0
4 x 2 · e 1 3 x +24 x · e 1 3 x = 0
4 ( x 2 +6x ) e 1 3 x = 0

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

1. Fall:

x 2 +6x = 0
x ( x +6 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

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

2. Fall:

e 1 3 x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ -6 ; 0}

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -1 und sind somit parallel zur Geraden y = -x +5 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

( 8 e -3x -7 ) · ( x 2 -4x ) = 0

Lösung einblenden
( 8 e -3x -7 ) ( x 2 -4x ) = 0

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

1. Fall:

8 e -3x -7 = 0 | +7
8 e -3x = 7 |:8
e -3x = 7 8 |ln(⋅)
-3x = ln( 7 8 ) |:-3
x1 = - 1 3 ln( 7 8 ) ≈ 0.0445

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 3 ln( 7 8 ) ; 4 }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2x +1 3x -9 -3 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 3 }

Wir multiplizieren den Nenner 3x -9 weg!

2x +1 3x -9 -3 = 0 |⋅( 3x -9 )
2x +1 3x -9 · ( 3x -9 ) -3 · ( 3x -9 ) = 0
2x +1 -9x +27 = 0
-7x +28 = 0
-7x +28 = 0 | -28
-7x = -28 |:(-7 )
x = 4

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 4 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 -12 x 3 +43 x 2 -60x +28 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 -12 x 3 +43 x 2 -60x +28 = 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 28 .

1 ist eine Lösung, denn 1 4 -12 1 3 +43 1 2 -601 +28 = 0.

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

( x 4 -12 x 3 +43 x 2 -60x +28 ) : (x-1) = x 3 -11 x 2 +32x -28
-( x 4 - x 3 )
-11 x 3 +43 x 2
-( -11 x 3 +11 x 2 )
32 x 2 -60x
-( 32 x 2 -32x )
-28x +28
-( -28x +28 )
0

es gilt also:

x 4 -12 x 3 +43 x 2 -60x +28 = ( x 3 -11 x 2 +32x -28 ) · ( x -1 )

( x 3 -11 x 2 +32x -28 ) ( 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 -11 x 2 +32x -28 = 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 -28 .

2 ist eine Lösung, denn 2 3 -11 2 2 +322 -28 = 0.

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

( x 3 -11 x 2 +32x -28 ) : (x-2) = x 2 -9x +14
-( x 3 -2 x 2 )
-9 x 2 +32x
-( -9 x 2 +18x )
14x -28
-( 14x -28 )
0

es gilt also:

x 3 -11 x 2 +32x -28 = ( x 2 -9x +14 ) · ( x -2 )

( x 2 -9x +14 ) ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -9x +14 = 0

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

x1,2 = +9 ± ( -9 ) 2 -4 · 1 · 14 21

x1,2 = +9 ± 81 -56 2

x1,2 = +9 ± 25 2

x1 = 9 + 25 2 = 9 +5 2 = 14 2 = 7

x2 = 9 - 25 2 = 9 -5 2 = 4 2 = 2


2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

Polynomdivision mit 7


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit 2

Polynomdivision mit 7

L={ 1 ; 2 ; 7 }

2 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 3 | -x +5 | -1 = 5

Lösung einblenden
1 3 | -x +5 | -1 = 5
-1 + 1 3 | -x +5 | = 5 | +1
1 3 | -x +5 | = 6 |⋅3
| -x +5 | = 18

1. Fall: -x +5 ≥ 0:

-x +5 = 18 | -5
-x = 13 |:(-1 )
x1 = -13

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -x +5 ≥ 0) genügt:

-( -13 ) +5 = 18 ≥ 0

Die Lösung -13 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -x +5 < 0:

-( -x +5 ) = 18
x -5 = 18 | +5
x2 = 23

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -x +5 < 0) genügt:

-23 +5 = -18 < 0

Die Lösung 23 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -13 ; 23 }