Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 2x +42 und g(x)= 13 e x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 2x +42 = 13 e x | -13 e x
e 2x -13 e x +42 = 0

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

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -13u +42 = 0

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

u1,2 = +13 ± ( -13 ) 2 -4 · 1 · 42 21

u1,2 = +13 ± 169 -168 2

u1,2 = +13 ± 1 2

u1 = 13 + 1 2 = 13 +1 2 = 14 2 = 7

u2 = 13 - 1 2 = 13 -1 2 = 12 2 = 6

Rücksubstitution:

u1: e x = 7

e x = 7 |ln(⋅)
x1 = ln( 7 ) ≈ 1.9459

u2: e x = 6

e x = 6 |ln(⋅)
x2 = ln( 6 ) ≈ 1.7918

L={ ln( 6 ) ; ln( 7 ) }

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

x1 = ln( 6 ) : f( ln( 6 ) )= 13 e ln( 6 ) = 78 Somit gilt: S1( ln( 6 ) |78)

x2 = ln( 7 ) : f( ln( 7 ) )= 13 e ln( 7 ) = 91 Somit gilt: S2( ln( 7 ) |91)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -x -2 gilt m = -1

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

f(x)= 1 7 x 7 - 1 2 x 4

f'(x)= x 6 -2 x 3

Also muss gelten:

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!

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -1 und sind somit parallel zur Geraden y = -x -2 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

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

Lösung einblenden
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 = 2 2 = 1

u2 = -6 - 64 2 = -6 -8 2 = -14 2 = -7

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 1

e 2x = 1 |ln(⋅)
2x = 0 |:2
x1 = 0 ≈ 0

u2: e 2x = -7

e 2x = -7

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={0}

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2x +2 x + 4x 2x -2 + -21x 6x -6 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 1 ; 0}

4x 2x -2 + 2x +2 x - 21x 6x -6 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x -2 weg!

4x 2x -2 + 2x +2 x - 21x 6x -6 = 0 |⋅( 2x -2 )
4x 2x -2 · ( 2x -2 ) + 2x +2 x · ( 2x -2 )- 21x 6( x -1 ) · ( 2( x -1 ) ) = 0
4x + ( 2x +2 ) ( 2x -2 ) x -7x = 0
4x + 4 x 2 -4 x -7x = 0
4 x 2 -4 x +4x -7x = 0

Wir multiplizieren den Nenner x weg!

4 x 2 -4 x +4x -7x = 0 |⋅( x )
4 x 2 -4 x · x + 4x · x -7x · x = 0
4 x 2 -4 +4 x · x -7 x · x = 0
4 x 2 -4 +4 x 2 -7 x 2 = 0
x 2 -4 = 0
x 2 -4 = 0 | +4
x 2 = 4 | 2
x1 = - 4 = -2
x2 = 4 = 2

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -2 ; 2 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 - x 3 -6 x 2 +4x +8 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 - x 3 -6 x 2 +4x +8 = 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 8 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 4 - ( -1 ) 3 -6 ( -1 ) 2 +4( -1 ) +8 = 0.

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

( x 4 - x 3 -6 x 2 +4x +8 ) : (x+1) = x 3 -2 x 2 -4x +8
-( x 4 + x 3 )
-2 x 3 -6 x 2
-( -2 x 3 -2 x 2 )
-4 x 2 +4x
-( -4 x 2 -4x )
8x +8
-( 8x +8 )
0

es gilt also:

x 4 - x 3 -6 x 2 +4x +8 = ( x 3 -2 x 2 -4x +8 ) · ( x +1 )

( x 3 -2 x 2 -4x +8 ) ( 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 -2 x 2 -4x +8 = 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 8 .

-2 ist eine Lösung, denn ( -2 ) 3 -2 ( -2 ) 2 -4( -2 ) +8 = 0.

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

( x 3 -2 x 2 -4x +8 ) : (x+2) = x 2 -4x +4
-( x 3 +2 x 2 )
-4 x 2 -4x
-( -4 x 2 -8x )
4x +8
-( 4x +8 )
0

es gilt also:

x 3 -2 x 2 -4x +8 = ( x 2 -4x +4 ) · ( x +2 )

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

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

1. Fall:

x 2 -4x +4 = 0

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

x1,2 = +4 ± ( -4 ) 2 -4 · 1 · 4 21

x1,2 = +4 ± 16 -16 2

x1,2 = +4 ± 0 2

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

x = 4 2 = 2


2. Fall:

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

Polynomdivision mit 2


2. Fall:

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

Polynomdivision mit -2

Polynomdivision mit 2

L={ -2 ; -1 ; 2 }

2 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

- 1 3 | -3x +6 | -9 = -6

Lösung einblenden
- 1 3 | -3x +6 | -9 = -6
-9 - 1 3 | -3x +6 | = -6 | +9
- 1 3 | -3x +6 | = 3 |⋅ ( -3 )
| -3x +6 | = -9

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

L={}