Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= 1 + 5 x und g(x)= 6 x 2 . 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 + 5 x = 6 x 2 |⋅( x 2 )
1 · x 2 + 5 x · x 2 = 6 x 2 · x 2
x 2 +5x = 6
x 2 +5x = 6 | -6

x 2 +5x -6 = 0

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

x1,2 = -5 ± 5 2 -4 · 1 · ( -6 ) 21

x1,2 = -5 ± 25 +24 2

x1,2 = -5 ± 49 2

x1 = -5 + 49 2 = -5 +7 2 = 2 2 = 1

x2 = -5 - 49 2 = -5 -7 2 = -12 2 = -6

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -6 ; 1 }

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

x1 = -6 : f( -6 )= 6 ( -6 ) 2 = 0.167 Somit gilt: S1( -6 |0.167)

x2 = 1 : f( 1 )= 6 1 2 = 6 Somit gilt: S2( 1 |6)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= -2x -4 +4 x · e -3x 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 -4 +4 x · e -3x

f'(x)= 4 e -3x -2 -12 x · e -3x

Also muss gelten:

4 e -3x -2 -12 x · e -3x = -2 | +2
4 e -3x -2 +2 -12 x · e -3x = 0
4 e -3x -12 x · e -3x = 0
4 ( -3x +1 ) e -3x = 0

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

1. Fall:

-3x +1 = 0 | -1
-3x = -1 |:(-3 )
x1 = 1 3

2. Fall:

e -3x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 3 }

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:

( 6 e -3x -2 ) · ( x 5 -16 x 3 ) = 0

Lösung einblenden
( 6 e -3x -2 ) ( x 5 -16 x 3 ) = 0

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

1. Fall:

6 e -3x -2 = 0 | +2
6 e -3x = 2 |:6
e -3x = 1 3 |ln(⋅)
-3x = ln( 1 3 ) |:-3
x1 = - 1 3 ln( 1 3 ) ≈ 0.3662

2. Fall:

x 5 -16 x 3 = 0
x 3 ( x 2 -16 ) = 0

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

1. Fall:

x 3 = 0 | 3
x2 = 0

2. Fall:

x 2 -16 = 0 | +16
x 2 = 16 | 2
x3 = - 16 = -4
x4 = 16 = 4

L={ -4 ; 0; - 1 3 ln( 1 3 ) ; 4 }

0 ist 3-fache Lösung!

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3x 2x +5 + x 2x +4 -5 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ -2 ; - 5 2 }

x 2x +4 + 3x 2x +5 -5 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x +4 weg!

x 2x +4 + 3x 2x +5 -5 = 0 |⋅( 2x +4 )
x 2x +4 · ( 2x +4 ) + 3x 2x +5 · ( 2x +4 ) -5 · ( 2x +4 ) = 0
x + 3 x ( 2x +4 ) 2x +5 -10x -20 = 0
x + 6 x 2 +12x 2x +5 -10x -20 = 0
6 x 2 +12x 2x +5 + x -10x -20 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x +5 weg!

6 x 2 +12x 2x +5 + x -10x -20 = 0 |⋅( 2x +5 )
6 x 2 +12x 2x +5 · ( 2x +5 ) + x · ( 2x +5 ) -10x · ( 2x +5 ) -20 · ( 2x +5 ) = 0
6 x 2 +12x + x ( 2x +5 )-10 x ( 2x +5 ) -40x -100 = 0
6 x 2 +12x + ( 2 x 2 +5x ) + ( -20 x 2 -50x ) -40x -100 = 0
-12 x 2 -73x -100 = 0

-12 x 2 -73x -100 = 0

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

x1,2 = +73 ± ( -73 ) 2 -4 · ( -12 ) · ( -100 ) 2( -12 )

x1,2 = +73 ± 5329 -4800 -24

x1,2 = +73 ± 529 -24

x1 = 73 + 529 -24 = 73 +23 -24 = 96 -24 = -4

x2 = 73 - 529 -24 = 73 -23 -24 = 50 -24 = - 25 12 ≈ -2.08

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -4 ; - 25 12 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 -9 x 3 +7 x 2 +9x -8 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 -9 x 3 +7 x 2 +9x -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 -9 ( -1 ) 3 +7 ( -1 ) 2 +9( -1 ) -8 = 0.

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

( x 4 -9 x 3 +7 x 2 +9x -8 ) : (x+1) = x 3 -10 x 2 +17x -8
-( x 4 + x 3 )
-10 x 3 +7 x 2
-( -10 x 3 -10 x 2 )
17 x 2 +9x
-( 17 x 2 +17x )
-8x -8
-( -8x -8 )
0

es gilt also:

x 4 -9 x 3 +7 x 2 +9x -8 = ( x 3 -10 x 2 +17x -8 ) · ( x +1 )

( x 3 -10 x 2 +17x -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 -10 x 2 +17x -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 3 -10 1 2 +171 -8 = 0.

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

( x 3 -10 x 2 +17x -8 ) : (x-1) = x 2 -9x +8
-( x 3 - x 2 )
-9 x 2 +17x
-( -9 x 2 +9x )
8x -8
-( 8x -8 )
0

es gilt also:

x 3 -10 x 2 +17x -8 = ( x 2 -9x +8 ) · ( x -1 )

( x 2 -9x +8 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -9x +8 = 0

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

x1,2 = +9 ± ( -9 ) 2 -4 · 1 · 8 21

x1,2 = +9 ± 81 -32 2

x1,2 = +9 ± 49 2

x1 = 9 + 49 2 = 9 +7 2 = 16 2 = 8

x2 = 9 - 49 2 = 9 -7 2 = 2 2 = 1


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit 8


2. Fall:

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

Polynomdivision mit 1

Polynomdivision mit 8

L={ -1 ; 1 ; 8 }

1 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

| 4x -20 | +7 = 15

Lösung einblenden
| 4x -20 | +7 = 15
7 + | 4x -20 | = 15 | -7
| 4x -20 | = 8

1. Fall: 4x -20 ≥ 0:

4x -20 = 8 | +20
4x = 28 |:4
x1 = 7

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 4x -20 ≥ 0) genügt:

47 -20 = 8 ≥ 0

Die Lösung 7 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 4x -20 < 0:

-( 4x -20 ) = 8
-4x +20 = 8 | -20
-4x = -12 |:(-4 )
x2 = 3

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 4x -20 < 0) genügt:

43 -20 = -8 < 0

Die Lösung 3 genügt also der obigen Bedingung.

L={ 3 ; 7 }