Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 3 und g(x)= 1 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 3 = 1 x |⋅( x )
x 3 · x = 1 x · x
x 3 · x = 1
x 4 = 1
x 4 = 1 | 4
x1 = - 1 4 = -1
x2 = 1 4 = 1

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -1 ; 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 ( -1 ) = -1 Somit gilt: S1( -1 |-1)

x2 = 1 : f( 1 )= 1 1 = 1 Somit gilt: S2( 1 |1)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= x -1 +2 x · e -2x parallel zur Geraden y = x +6 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = x +6 gilt m = 1

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

f(x)= x -1 +2 x · e -2x

f'(x)= 2 e -2x +1 -4 x · e -2x

Also muss gelten:

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

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

1. Fall:

-2x +1 = 0 | -1
-2x = -1 |:(-2 )
x1 = 1 2 = 0.5

2. Fall:

e -2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 1 und sind somit parallel zur Geraden y = x +6 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

-13 x 2 +36 = - x 4

Lösung einblenden
-13 x 2 +36 = - x 4 | + x 4
x 4 -13 x 2 +36 = 0

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

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -13u +36 = 0

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

u1,2 = +13 ± ( -13 ) 2 -4 · 1 · 36 21

u1,2 = +13 ± 169 -144 2

u1,2 = +13 ± 25 2

u1 = 13 + 25 2 = 13 +5 2 = 18 2 = 9

u2 = 13 - 25 2 = 13 -5 2 = 8 2 = 4

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 9

x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

u2: x 2 = 4

x 2 = 4 | 2
x3 = - 4 = -2
x4 = 4 = 2

L={ -3 ; -2 ; 2 ; 3 }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

4x x +1 -3 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ -1 }

Wir multiplizieren den Nenner x +1 weg!

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

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 3 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 +2 x 3 -63 x 2 -128x -64 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 +2 x 3 -63 x 2 -128x -64 = 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 -64 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 4 +2 ( -1 ) 3 -63 ( -1 ) 2 -128( -1 ) -64 = 0.

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

( x 4 +2 x 3 -63 x 2 -128x -64 ) : (x+1) = x 3 + x 2 -64x -64
-( x 4 + x 3 )
x 3 -63 x 2
-( x 3 + x 2 )
-64 x 2 -128x
-( -64 x 2 -64x )
-64x -64
-( -64x -64 )
0

es gilt also:

x 4 +2 x 3 -63 x 2 -128x -64 = ( x 3 + x 2 -64x -64 ) · ( x +1 )

( x 3 + x 2 -64x -64 ) ( 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 -64x -64 = 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 -64 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 3 + ( -1 ) 2 -64( -1 ) -64 = 0.

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

( x 3 + x 2 -64x -64 ) : (x+1) = x 2 +0 -64
-( x 3 + x 2 )
0 -64x
-(0 0)
-64x -64
-( -64x -64 )
0

es gilt also:

x 3 + x 2 -64x -64 = ( x 2 +0 -64 ) · ( x +1 )

( x 2 +0 -64 ) · ( x +1 ) = 0
( x 2 -64 ) ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -64 = 0 | +64
x 2 = 64 | 2
x1 = - 64 = -8
x2 = 64 = 8

2. Fall:

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

Polynomdivision mit -8

Polynomdivision mit 8


2. Fall:

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

Polynomdivision mit -8

Polynomdivision mit 8

L={ -8 ; -1 ; 8 }

-1 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

| -x -2 | +5 = 7

Lösung einblenden
| -x -2 | +5 = 7
5 + | -x -2 | = 7 | -5
| -x -2 | = 2

1. Fall: -x -2 ≥ 0:

-x -2 = 2 | +2
-x = 4 |:(-1 )
x1 = -4

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

-( -4 ) -2 = 2 ≥ 0

Die Lösung -4 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -x -2 < 0:

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

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

-0 -2 = -2 < 0

Die Lösung 0 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -4 ; 0}