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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 4 -8 x 2 und g(x)= -16 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

x 4 -8 x 2 = -16 | +16
x 4 -8 x 2 +16 = 0

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

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -8u +16 = 0

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

u1,2 = +8 ± ( -8 ) 2 -4 · 1 · 16 21

u1,2 = +8 ± 64 -64 2

u1,2 = +8 ± 0 2

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

u = 8 2 = 4

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 4

x 2 = 4 | 2
x1 = - 4 = -2
x2 = 4 = 2

u2: x 2 = 4

x 2 = 4 | 2
x3 = - 4 = -2
x4 = 4 = 2

L={ -2 ; 2 }

-2 ist 2-fache Lösung! 2 ist 2-fache Lösung!

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

x1 = -2 : f( -2 )= -16 Somit gilt: S1( -2 |-16)

x2 = 2 : f( 2 )= -16 Somit gilt: S2( 2 |-16)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 5 x 5 - 10 3 x 3 parallel zur Geraden y = -9x -3 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -9x -3 gilt m = -9

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

f(x)= 1 5 x 5 - 10 3 x 3

f'(x)= x 4 -10 x 2

Also muss gelten:

x 4 -10 x 2 = -9 | +9
x 4 -10 x 2 +9 = 0

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

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -10u +9 = 0

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

u1,2 = +10 ± ( -10 ) 2 -4 · 1 · 9 21

u1,2 = +10 ± 100 -36 2

u1,2 = +10 ± 64 2

u1 = 10 + 64 2 = 10 +8 2 = 18 2 = 9

u2 = 10 - 64 2 = 10 -8 2 = 2 2 = 1

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 9

x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

u2: x 2 = 1

x 2 = 1 | 2
x3 = - 1 = -1
x4 = 1 = 1

L={ -3 ; -1 ; 1 ; 3 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -9 und sind somit parallel zur Geraden y = -9x -3 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

( e x -3 ) · ( x 3 +4 x 2 ) = 0

Lösung einblenden
( e x -3 ) ( x 3 +4 x 2 ) = 0

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

1. Fall:

e x -3 = 0 | +3
e x = 3 |ln(⋅)
x1 = ln( 3 ) ≈ 1.0986

2. Fall:

x 3 +4 x 2 = 0
x 2 ( x +4 ) = 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 +4 = 0 | -4
x3 = -4

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

0 ist 2-fache Lösung!

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2x -1 3x -3 -1 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 1 }

2x -1 3( x -1 ) -1 = 0 |(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner 3( x -1 ) weg!

2x -1 3( x -1 ) -1 = 0 |⋅( 3( x -1 ) )
2x -1 3( x -1 ) · ( 3( x -1 ) ) -1 · ( 3( x -1 ) ) = 0
2x -1 -3x +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 +6 x 3 -27 x 2 +4x +36 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 +6 x 3 -27 x 2 +4x +36 = 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 36 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 4 +6 ( -1 ) 3 -27 ( -1 ) 2 +4( -1 ) +36 = 0.

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

( x 4 +6 x 3 -27 x 2 +4x +36 ) : (x+1) = x 3 +5 x 2 -32x +36
-( x 4 + x 3 )
5 x 3 -27 x 2
-( 5 x 3 +5 x 2 )
-32 x 2 +4x
-( -32 x 2 -32x )
36x +36
-( 36x +36 )
0

es gilt also:

x 4 +6 x 3 -27 x 2 +4x +36 = ( x 3 +5 x 2 -32x +36 ) · ( x +1 )

( x 3 +5 x 2 -32x +36 ) ( 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 +5 x 2 -32x +36 = 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 36 .

2 ist eine Lösung, denn 2 3 +5 2 2 -322 +36 = 0.

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

( x 3 +5 x 2 -32x +36 ) : (x-2) = x 2 +7x -18
-( x 3 -2 x 2 )
7 x 2 -32x
-( 7 x 2 -14x )
-18x +36
-( -18x +36 )
0

es gilt also:

x 3 +5 x 2 -32x +36 = ( x 2 +7x -18 ) · ( x -2 )

( x 2 +7x -18 ) ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +7x -18 = 0

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

x1,2 = -7 ± 7 2 -4 · 1 · ( -18 ) 21

x1,2 = -7 ± 49 +72 2

x1,2 = -7 ± 121 2

x1 = -7 + 121 2 = -7 +11 2 = 4 2 = 2

x2 = -7 - 121 2 = -7 -11 2 = -18 2 = -9


2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

Polynomdivision mit -9


2. Fall:

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

Polynomdivision mit 2

Polynomdivision mit -9

L={ -9 ; -1 ; 2 }

2 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

| 3x +9 | +7 = 10

Lösung einblenden
| 3x +9 | +7 = 10
7 + | 3x +9 | = 10 | -7
| 3x +9 | = 3

1. Fall: 3x +9 ≥ 0:

3x +9 = 3 | -9
3x = -6 |:3
x1 = -2

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 3x +9 ≥ 0) genügt:

3( -2 ) +9 = 3 ≥ 0

Die Lösung -2 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 3x +9 < 0:

-( 3x +9 ) = 3
-3x -9 = 3 | +9
-3x = 12 |:(-3 )
x2 = -4

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 3x +9 < 0) genügt:

3( -4 ) +9 = -3 < 0

Die Lösung -4 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -4 ; -2 }