Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 6 +2 x 3 und g(x)= -1 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

x 6 +2 x 3 = -1 | +1
x 6 +2 x 3 +1 = 0

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

Setze u = x 3

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +2u +1 = 0

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

u1,2 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · 1 21

u1,2 = -2 ± 4 -4 2

u1,2 = -2 ± 0 2

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

u = -2 2 = -1

Rücksubstitution:

u1: x 3 = -1

x 3 = -1 | 3
x1 = - 1 3 = -1

u2: x 3 = -1

x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

L={ -1 }

-1 ist 2-fache Lösung!

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)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 4 e 4x + 3 2 e 2x parallel zur Geraden y = 4x +6 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 4x +6 gilt m = 4

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

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

f'(x)= e 4x +3 e 2x

Also muss gelten:

e 4x +3 e 2x = 4 | -4
e 4x +3 e 2x -4 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +3u -4 = 0

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

u1,2 = -3 ± 3 2 -4 · 1 · ( -4 ) 21

u1,2 = -3 ± 9 +16 2

u1,2 = -3 ± 25 2

u1 = -3 + 25 2 = -3 +5 2 = 2 2 = 1

u2 = -3 - 25 2 = -3 -5 2 = -8 2 = -4

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 1

e 2x = 1 |ln(⋅)
2x = 0 |:2
x1 = 0 ≈ 0

u2: e 2x = -4

e 2x = -4

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={0}

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 4 und sind somit parallel zur Geraden y = 4x +6 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2 e 4x -15 e 2x = - e 6x

Lösung einblenden
2 e 4x -15 e 2x = - e 6x | + e 6x
e 6x +2 e 4x -15 e 2x = 0
( e 4x +2 e 2x -15 ) e 2x = 0

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

1. Fall:

e 4x +2 e 2x -15 = 0

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

Setze u = e 2x

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 2x = 3

e 2x = 3 |ln(⋅)
2x = ln( 3 ) |:2
x1 = 1 2 ln( 3 ) ≈ 0.5493

u2: e 2x = -5

e 2x = -5

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e 2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 3 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

8x x +3 -2 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ -3 }

Wir multiplizieren den Nenner x +3 weg!

8x x +3 -2 = 0 |⋅( x +3 )
8x x +3 · ( x +3 ) -2 · ( x +3 ) = 0
8x -2x -6 = 0
6x -6 = 0
6x -6 = 0 | +6
6x = 6 |:6
x = 1

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 1 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 +11 x 3 +33 x 2 +37x +14 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 +11 x 3 +33 x 2 +37x +14 = 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 14 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 4 +11 ( -1 ) 3 +33 ( -1 ) 2 +37( -1 ) +14 = 0.

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

( x 4 +11 x 3 +33 x 2 +37x +14 ) : (x+1) = x 3 +10 x 2 +23x +14
-( x 4 + x 3 )
10 x 3 +33 x 2
-( 10 x 3 +10 x 2 )
23 x 2 +37x
-( 23 x 2 +23x )
14x +14
-( 14x +14 )
0

es gilt also:

x 4 +11 x 3 +33 x 2 +37x +14 = ( x 3 +10 x 2 +23x +14 ) · ( x +1 )

( x 3 +10 x 2 +23x +14 ) ( 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 +10 x 2 +23x +14 = 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 14 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 3 +10 ( -1 ) 2 +23( -1 ) +14 = 0.

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

( x 3 +10 x 2 +23x +14 ) : (x+1) = x 2 +9x +14
-( x 3 + x 2 )
9 x 2 +23x
-( 9 x 2 +9x )
14x +14
-( 14x +14 )
0

es gilt also:

x 3 +10 x 2 +23x +14 = ( x 2 +9x +14 ) · ( x +1 )

( x 2 +9x +14 ) ( x +1 ) = 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 = -4 2 = -2

x2 = -9 - 25 2 = -9 -5 2 = -14 2 = -7


2. Fall:

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

Polynomdivision mit -2

Polynomdivision mit -7


2. Fall:

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

Polynomdivision mit -2

Polynomdivision mit -7

L={ -7 ; -2 ; -1 }

-1 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

| -3x -3 | +8 = 2

Lösung einblenden
| -3x -3 | +8 = 2
8 + | -3x -3 | = 2 | -8
| -3x -3 | = -6

Da der Betrag links immer ≥ 0 sein muss, rechts aber eine negative Zahl steht, hat diese Gleichung keine Lösung!

L={}