Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 2x -9 e x und g(x)= -20 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 2x -9 e x = -20 | +20
e 2x -9 e x +20 = 0

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

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -9u +20 = 0

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

u1,2 = +9 ± ( -9 ) 2 -4 · 1 · 20 21

u1,2 = +9 ± 81 -80 2

u1,2 = +9 ± 1 2

u1 = 9 + 1 2 = 9 +1 2 = 10 2 = 5

u2 = 9 - 1 2 = 9 -1 2 = 8 2 = 4

Rücksubstitution:

u1: e x = 5

e x = 5 |ln(⋅)
x1 = ln( 5 ) ≈ 1.6094

u2: e x = 4

e x = 4 |ln(⋅)
x2 = ln( 4 ) ≈ 1.3863
x2 = 2 ln( 2 )

L={ 2 ln( 2 ) ; ln( 5 ) }

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

x1 = 2 ln( 2 ) : f( 2 ln( 2 ) )= -20 Somit gilt: S1( 2 ln( 2 ) |-20)

x2 = ln( 5 ) : f( ln( 5 ) )= -20 Somit gilt: S2( ln( 5 ) |-20)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= -2x +5 +4 x · e - 1 2 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 +5 +4 x · e - 1 2 x

f'(x)= 4 e - 1 2 x -2 -2 x · e - 1 2 x

Also muss gelten:

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

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

1. Fall:

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

2. Fall:

e - 1 2 x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 2 }

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 6x -3 ) · ( x 3 +5 x 2 ) = 0

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

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

1. Fall:

2 e 6x -3 = 0 | +3
2 e 6x = 3 |:2
e 6x = 3 2 |ln(⋅)
6x = ln( 3 2 ) |:6
x1 = 1 6 ln( 3 2 ) ≈ 0.0676

2. Fall:

x 3 +5 x 2 = 0
x 2 ( x +5 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x2 = 0

2. Fall:

x +5 = 0 | -5
x3 = -5

L={ -5 ; 0; 1 6 ln( 3 2 ) }

0 ist 2-fache Lösung!

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

5x +1 2x +1 -3 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ - 1 2 }

Wir multiplizieren den Nenner 2x +1 weg!

5x +1 2x +1 -3 = 0 |⋅( 2x +1 )
5x +1 2x +1 · ( 2x +1 ) -3 · ( 2x +1 ) = 0
5x +1 -6x -3 = 0
-x -2 = 0
-x -2 = 0 | +2
-x = 2 |:(-1 )
x = -2

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -2 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 -4 x 3 -12 x 2 +64x -64 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 -4 x 3 -12 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 .

2 ist eine Lösung, denn 2 4 -4 2 3 -12 2 2 +642 -64 = 0.

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

( x 4 -4 x 3 -12 x 2 +64x -64 ) : (x-2) = x 3 -2 x 2 -16x +32
-( x 4 -2 x 3 )
-2 x 3 -12 x 2
-( -2 x 3 +4 x 2 )
-16 x 2 +64x
-( -16 x 2 +32x )
32x -64
-( 32x -64 )
0

es gilt also:

x 4 -4 x 3 -12 x 2 +64x -64 = ( x 3 -2 x 2 -16x +32 ) · ( x -2 )

( x 3 -2 x 2 -16x +32 ) ( x -2 ) = 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 -16x +32 = 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 32 .

2 ist eine Lösung, denn 2 3 -2 2 2 -162 +32 = 0.

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

( x 3 -2 x 2 -16x +32 ) : (x-2) = x 2 +0 -16
-( x 3 -2 x 2 )
0 -16x
-(0 0)
-16x +32
-( -16x +32 )
0

es gilt also:

x 3 -2 x 2 -16x +32 = ( x 2 +0 -16 ) · ( x -2 )

( x 2 +0 -16 ) · ( x -2 ) = 0
( x 2 -16 ) ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -16 = 0 | +16
x 2 = 16 | 2
x1 = - 16 = -4
x2 = 16 = 4

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

Polynomdivision mit -4

Polynomdivision mit 4


2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x4 = 2

Polynomdivision mit -4

Polynomdivision mit 4

L={ -4 ; 2 ; 4 }

2 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 2 | -x -2 | +1 = 7

Lösung einblenden
1 2 | -x -2 | +1 = 7
1 + 1 2 | -x -2 | = 7 | -1
1 2 | -x -2 | = 6 |⋅2
| -x -2 | = 12

1. Fall: -x -2 ≥ 0:

-x -2 = 12 | +2
-x = 14 |:(-1 )
x1 = -14

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

-( -14 ) -2 = 12 ≥ 0

Die Lösung -14 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -x -2 < 0:

-( -x -2 ) = 12
x +2 = 12 | -2
x2 = 10

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

-10 -2 = -12 < 0

Die Lösung 10 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -14 ; 10 }