Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= 1 - 24 x 2 und g(x)= 2 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 2 weg!

1 - 24 x 2 = 2 x |⋅( x 2 )
1 · x 2 - 24 x 2 · x 2 = 2 x · x 2
x 2 -24 = 2x
x 2 -24 = 2x | -2x

x 2 -2x -24 = 0

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

x1,2 = +2 ± ( -2 ) 2 -4 · 1 · ( -24 ) 21

x1,2 = +2 ± 4 +96 2

x1,2 = +2 ± 100 2

x1 = 2 + 100 2 = 2 +10 2 = 12 2 = 6

x2 = 2 - 100 2 = 2 -10 2 = -8 2 = -4

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -4 ; 6 }

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

x1 = -4 : f( -4 )= 2 ( -4 ) = -0.5 Somit gilt: S1( -4 |-0.5)

x2 = 6 : f( 6 )= 2 6 = 0.333 Somit gilt: S2( 6 |0.333)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 5 x 5 - 1 3 x 3 parallel zur Geraden y = -6 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -6 gilt m = 0

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

f(x)= 1 5 x 5 - 1 3 x 3

f'(x)= x 4 - x 2

Also muss gelten:

x 4 - x 2 = 0
x 2 ( x 2 -1 ) = 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 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

L={ -1 ; 0; 1 }

0 ist 2-fache Lösung!

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 0 und sind somit parallel zur Geraden y = -6 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

( 6 e 3x -7 ) · ( x +2 ) = 0

Lösung einblenden
( 6 e 3x -7 ) ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

6 e 3x -7 = 0 | +7
6 e 3x = 7 |:6
e 3x = 7 6 |ln(⋅)
3x = ln( 7 6 ) |:3
x1 = 1 3 ln( 7 6 ) ≈ 0.0514

2. Fall:

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

L={ -2 ; 1 3 ln( 7 6 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

12x 2x +2 + 7x +1 2x -7 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ -1 ; 0}

12x 2x +2 + 7x +1 2x -7 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x +2 weg!

12x 2x +2 + 7x +1 2x -7 = 0 |⋅( 2x +2 )
12x 2x +2 · ( 2x +2 ) + 7x +1 2x · ( 2x +2 ) -7 · ( 2x +2 ) = 0
12x + ( 7x +1 ) ( 2x +2 ) 2x -14x -14 = 0
12x + 14 x 2 +16x +2 2x -14x -14 = 0
14 x 2 +16x +2 2x +12x -14x -14 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x weg!

14 x 2 +16x +2 2x +12x -14x -14 = 0 |⋅( 2x )
14 x 2 +16x +2 2x · 2x + 12x · 2x -14x · 2x -14 · 2x = 0
14 x 2 +16x +2 +24 x · x -28 x · x -28x = 0
14 x 2 +16x +2 +24 x 2 -28 x 2 -28x = 0
10 x 2 -12x +2 = 0
10 x 2 -12x +2 = 0 |:2

5 x 2 -6x +1 = 0

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

x1,2 = +6 ± ( -6 ) 2 -4 · 5 · 1 25

x1,2 = +6 ± 36 -20 10

x1,2 = +6 ± 16 10

x1 = 6 + 16 10 = 6 +4 10 = 10 10 = 1

x2 = 6 - 16 10 = 6 -4 10 = 2 10 = 0,2

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 0,2 ; 1 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

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

Lösung einblenden

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

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

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

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

es gilt also:

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

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

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

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

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

es gilt also:

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

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

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

1. Fall:

x 2 + x -2 = 0

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

x1,2 = -1 ± 1 2 -4 · 1 · ( -2 ) 21

x1,2 = -1 ± 1 +8 2

x1,2 = -1 ± 9 2

x1 = -1 + 9 2 = -1 +3 2 = 2 2 = 1

x2 = -1 - 9 2 = -1 -3 2 = -4 2 = -2


2. Fall:

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

Polynomdivision mit 1

Polynomdivision mit -2


2. Fall:

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

Polynomdivision mit 1

Polynomdivision mit -2

L={ -2 ; -1 ; 1 }

-1 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 3 | -x -1 | +5 = 7

Lösung einblenden
1 3 | -x -1 | +5 = 7
5 + 1 3 | -x -1 | = 7 | -5
1 3 | -x -1 | = 2 |⋅3
| -x -1 | = 6

1. Fall: -x -1 ≥ 0:

-x -1 = 6 | +1
-x = 7 |:(-1 )
x1 = -7

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -x -1 ≥ 0) genügt:

-( -7 ) -1 = 6 ≥ 0

Die Lösung -7 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -x -1 < 0:

-( -x -1 ) = 6
x +1 = 6 | -1
x2 = 5

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -x -1 < 0) genügt:

-5 -1 = -6 < 0

Die Lösung 5 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -7 ; 5 }