Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 5 und g(x)= 64 x . 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 5 = 64 x |⋅( x )
x 5 · x = 64 x · x
x 5 · x = 64
x 6 = 64
x 6 = 64 | 6
x1 = - 64 6 = -2
x2 = 64 6 = 2

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -2 ; 2 }

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

x1 = -2 : f( -2 )= 64 ( -2 ) = -32 Somit gilt: S1( -2 |-32)

x2 = 2 : f( 2 )= 64 2 = 32 Somit gilt: S2( 2 |32)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 4 e 4x -3 e 2x parallel zur Geraden y = 7x -5 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 7x -5 gilt m = 7

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

f(x)= 1 4 e 4x -3 e 2x

f'(x)= e 4x -6 e 2x

Also muss gelten:

e 4x -6 e 2x = 7 | -7
e 4x -6 e 2x -7 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -6u -7 = 0

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

u1,2 = +6 ± ( -6 ) 2 -4 · 1 · ( -7 ) 21

u1,2 = +6 ± 36 +28 2

u1,2 = +6 ± 64 2

u1 = 6 + 64 2 = 6 +8 2 = 14 2 = 7

u2 = 6 - 64 2 = 6 -8 2 = -2 2 = -1

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 7

e 2x = 7 |ln(⋅)
2x = ln( 7 ) |:2
x1 = 1 2 ln( 7 ) ≈ 0.973

u2: e 2x = -1

e 2x = -1

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 7 ) }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 7 und sind somit parallel zur Geraden y = 7x -5 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 5 -18 x 3 +81x = 0

Lösung einblenden
x 5 -18 x 3 +81x = 0
x ( x 4 -18 x 2 +81 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 4 -18 x 2 +81 = 0

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

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -18u +81 = 0

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

u1,2 = +18 ± ( -18 ) 2 -4 · 1 · 81 21

u1,2 = +18 ± 324 -324 2

u1,2 = +18 ± 0 2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

u = 18 2 = 9

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 9

x 2 = 9 | 2
x2 = - 9 = -3
x3 = 9 = 3

u2: x 2 = 9

x 2 = 9 | 2
x4 = - 9 = -3
x5 = 9 = 3

L={ -3 ; 0; 3 }

-3 ist 2-fache Lösung! 3 ist 2-fache Lösung!

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

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

Lösung einblenden

D=R\{ 1 ; 0}

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

Wir multiplizieren den Nenner -9x +9 weg!

9x -9x +9 + 2x -1 3x -3 + 2 x = 0 |⋅( -9x +9 )
9x -9x +9 · ( -9x +9 ) + 2x -1 3x -3 · ( -9x +9 ) + 2 x · ( -9x +9 ) = 0
9x + ( 2x -1 ) ( -9x +9 ) 3x -3 +2 -9x +9 x = 0
9x + -18 x 2 +27x -9 3x -3 +2 -9x +9 x = 0
2( -9x +9 ) x + -18 x 2 +27x -9 3x -3 +9x = 0
2( -9x +9 ) x + -18 x 2 +27x -9 3x -3 +9x = 0

Wir multiplizieren den Nenner x weg!

2( -9x +9 ) x + -18 x 2 +27x -9 3x -3 +9x = 0 |⋅( x )
2( -9x +9 ) x · x + -18 x 2 +27x -9 3x -3 · x + 9x · x = 0
-18x +18 + ( -18 x 2 +27x -9 ) x 3x -3 +9 x · x = 0
-18x +18 + -18 x 3 +27 x 2 -9x 3x -3 +9 x 2 = 0
-18 x 3 +27 x 2 -9x 3x -3 +9 x 2 -18x +18 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3x -3 weg!

-18 x 3 +27 x 2 -9x 3x -3 +9 x 2 -18x +18 = 0 |⋅( 3x -3 )
-18 x 3 +27 x 2 -9x 3x -3 · ( 3x -3 ) + 9 x 2 · ( 3x -3 ) -18x · ( 3x -3 ) + 18 · ( 3x -3 ) = 0
-18 x 3 +27 x 2 -9x +9 x 2 ( 3x -3 )-18 x ( 3x -3 ) +54x -54 = 0
-18 x 3 +27 x 2 -9x + ( 27 x 3 -27 x 2 ) + ( -54 x 2 +54x ) +54x -54 = 0
9 x 3 -54 x 2 +99x -54 = 0

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von 9 x 3 -54 x 2 +99x -54 = 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 -54 .

1 ist eine Lösung, denn 9 1 3 -54 1 2 +991 -54 = 0.

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

( 9 x 3 -54 x 2 +99x -54 ) : (x-1) = 9 x 2 -45x +54
-( 9 x 3 -9 x 2 )
-45 x 2 +99x
-( -45 x 2 +45x )
54x -54
-( 54x -54 )
0

es gilt also:

9 x 3 -54 x 2 +99x -54 = ( 9 x 2 -45x +54 ) · ( x -1 )

( 9 x 2 -45x +54 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

9 x 2 -45x +54 = 0 |:9

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


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit 2

Polynomdivision mit 3

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 2 ; 3 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 -18 x 3 +87 x 2 -38x -144 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 -18 x 3 +87 x 2 -38x -144 = 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 -144 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 4 -18 ( -1 ) 3 +87 ( -1 ) 2 -38( -1 ) -144 = 0.

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

( x 4 -18 x 3 +87 x 2 -38x -144 ) : (x+1) = x 3 -19 x 2 +106x -144
-( x 4 + x 3 )
-19 x 3 +87 x 2
-( -19 x 3 -19 x 2 )
106 x 2 -38x
-( 106 x 2 +106x )
-144x -144
-( -144x -144 )
0

es gilt also:

x 4 -18 x 3 +87 x 2 -38x -144 = ( x 3 -19 x 2 +106x -144 ) · ( x +1 )

( x 3 -19 x 2 +106x -144 ) ( 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 -19 x 2 +106x -144 = 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 -144 .

2 ist eine Lösung, denn 2 3 -19 2 2 +1062 -144 = 0.

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

( x 3 -19 x 2 +106x -144 ) : (x-2) = x 2 -17x +72
-( x 3 -2 x 2 )
-17 x 2 +106x
-( -17 x 2 +34x )
72x -144
-( 72x -144 )
0

es gilt also:

x 3 -19 x 2 +106x -144 = ( x 2 -17x +72 ) · ( x -2 )

( x 2 -17x +72 ) ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -17x +72 = 0

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

x1,2 = +17 ± ( -17 ) 2 -4 · 1 · 72 21

x1,2 = +17 ± 289 -288 2

x1,2 = +17 ± 1 2

x1 = 17 + 1 2 = 17 +1 2 = 18 2 = 9

x2 = 17 - 1 2 = 17 -1 2 = 16 2 = 8


2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

Polynomdivision mit 8

Polynomdivision mit 9


2. Fall:

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

L={ -1 ; 2 ; 8 ; 9 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 3 | 2x +10 | +8 = 16

Lösung einblenden
1 3 | 2x +10 | +8 = 16
8 + 1 3 | 2x +10 | = 16 | -8
1 3 | 2x +10 | = 8 |⋅3
| 2x +10 | = 24

1. Fall: 2x +10 ≥ 0:

2x +10 = 24 | -10
2x = 14 |:2
x1 = 7

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 2x +10 ≥ 0) genügt:

27 +10 = 24 ≥ 0

Die Lösung 7 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 2x +10 < 0:

-( 2x +10 ) = 24
-2x -10 = 24 | +10
-2x = 34 |:(-2 )
x2 = -17

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 2x +10 < 0) genügt:

2( -17 ) +10 = -24 < 0

Die Lösung -17 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -17 ; 7 }