Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 4 +2 x 3 und g(x)= 3 x 2 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

x 4 +2 x 3 = 3 x 2 | -3 x 2
x 4 +2 x 3 -3 x 2 = 0
x 2 ( x 2 +2x -3 ) = 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 +2x -3 = 0

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

x2,3 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( -3 ) 21

x2,3 = -2 ± 4 +12 2

x2,3 = -2 ± 16 2

x2 = -2 + 16 2 = -2 +4 2 = 2 2 = 1

x3 = -2 - 16 2 = -2 -4 2 = -6 2 = -3

L={ -3 ; 0; 1 }

0 ist 2-fache Lösung!

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

x1 = -3 : f( -3 )= 3 ( -3 ) 2 = 27 Somit gilt: S1( -3 |27)

x2 = 0: f(0)= 3 0 2 = 0 Somit gilt: S2(0|0)

x3 = 1 : f( 1 )= 3 1 2 = 3 Somit gilt: S3( 1 |3)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -2x -5 gilt m = -2

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

f(x)= -2x +1 + x 2 · e x

f'(x)= -2 + x 2 · e x +2 x · e x

Also muss gelten:

-2 + x 2 · e x +2 x · e x = -2 | +2
-2 +2 + x 2 · e x +2 x · e x = 0
x 2 · e x +2 x · e x = 0
( x 2 +2x ) e x = 0

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

1. Fall:

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

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

2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ -2 ; 0}

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -2 und sind somit parallel zur Geraden y = -2x -5 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2 e 5x -15 e 2x = - e 8x

Lösung einblenden
2 e 5x -15 e 2x = - e 8x | + e 8x
e 8x +2 e 5x -15 e 2x = 0
( e 6x +2 e 3x -15 ) e 2x = 0

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

1. Fall:

e 6x +2 e 3x -15 = 0

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

Setze u = e 3x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +2u -15 = 0

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

u1,2 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( -15 ) 21

u1,2 = -2 ± 4 +60 2

u1,2 = -2 ± 64 2

u1 = -2 + 64 2 = -2 +8 2 = 6 2 = 3

u2 = -2 - 64 2 = -2 -8 2 = -10 2 = -5

Rücksubstitution:

u1: e 3x = 3

e 3x = 3 |ln(⋅)
3x = ln( 3 ) |:3
x1 = 1 3 ln( 3 ) ≈ 0.3662

u2: e 3x = -5

e 3x = -5

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e 2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 3 ln( 3 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2x +2 x +2 -3 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ -2 }

Wir multiplizieren den Nenner x +2 weg!

2x +2 x +2 -3 = 0 |⋅( x +2 )
2x +2 x +2 · ( x +2 ) -3 · ( x +2 ) = 0
2x +2 -3x -6 = 0
-x -4 = 0
-x -4 = 0 | +4
-x = 4 |:(-1 )
x = -4

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -4 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 -2 x 3 -48 x 2 +98x -49 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 -2 x 3 -48 x 2 +98x -49 = 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 -49 .

1 ist eine Lösung, denn 1 4 -2 1 3 -48 1 2 +981 -49 = 0.

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

( x 4 -2 x 3 -48 x 2 +98x -49 ) : (x-1) = x 3 - x 2 -49x +49
-( x 4 - x 3 )
- x 3 -48 x 2
-( - x 3 + x 2 )
-49 x 2 +98x
-( -49 x 2 +49x )
49x -49
-( 49x -49 )
0

es gilt also:

x 4 -2 x 3 -48 x 2 +98x -49 = ( x 3 - x 2 -49x +49 ) · ( x -1 )

( x 3 - x 2 -49x +49 ) ( 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 - x 2 -49x +49 = 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 49 .

1 ist eine Lösung, denn 1 3 - 1 2 -491 +49 = 0.

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

( x 3 - x 2 -49x +49 ) : (x-1) = x 2 +0 -49
-( x 3 - x 2 )
0 -49x
-(0 0)
-49x +49
-( -49x +49 )
0

es gilt also:

x 3 - x 2 -49x +49 = ( x 2 +0 -49 ) · ( x -1 )

( x 2 +0 -49 ) · ( x -1 ) = 0
( x 2 -49 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -49 = 0 | +49
x 2 = 49 | 2
x1 = - 49 = -7
x2 = 49 = 7

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit -7

Polynomdivision mit 7


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x4 = 1

Polynomdivision mit -7

Polynomdivision mit 7

L={ -7 ; 1 ; 7 }

1 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 2 | 2x -4 | -3 = 3

Lösung einblenden
1 2 | 2x -4 | -3 = 3
-3 + 1 2 | 2x -4 | = 3 | +3
1 2 | 2x -4 | = 6 |⋅2
| 2x -4 | = 12

1. Fall: 2x -4 ≥ 0:

2x -4 = 12 | +4
2x = 16 |:2
x1 = 8

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 2x -4 ≥ 0) genügt:

28 -4 = 12 ≥ 0

Die Lösung 8 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 2x -4 < 0:

-( 2x -4 ) = 12
-2x +4 = 12 | -4
-2x = 8 |:(-2 )
x2 = -4

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 2x -4 < 0) genügt:

2( -4 ) -4 = -12 < 0

Die Lösung -4 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -4 ; 8 }