Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: x +4y = 1 .

Bestimme x so, dass (x|1) eine Lösung dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Man setzt einfach y = 1 in die Gleichung ein und erhält:

x +41 = 1

Jetzt kann man die Gleichung nach x auflösen:

x +41 = 1
x +4 = 1 | -4
x = -3

Die Lösung ist somit: (-3|1)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -x + y = 9 .

Bestimme eine mögliche Lösung (x|y) dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (-4|5)
denn -1⋅( - 4 ) +15 = 4 +5 = 9

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (-3|6)
denn -1⋅( - 3 ) +16 = 3 +6 = 9

Oder : (-5|4)
denn -1⋅( - 5 ) +14 = 5 +4 = 9

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

2x = -8 (I) 2x -y = -9 (II)

Lösung einblenden
2x = -8 (I) 2x -y = -9 (II)

Man erkennt, dass in der 1. Gleichung gar kein y mehr da ist.
Deswegen können wir diese Zeile sehr einfach nach x umstellen:

2x = -8 |:2
x = -4

Als neues LGS erhält man so:

x = -4 (I) 2x -y = -9 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das x durch -4 ersetzen und dann nach y auflösen:

2 · ( -4 ) - y = -9
-8 - y = -9
-y -8 = -9 | +8
-y = -1 |:(-1 )
y = 1

Somit haben wir eine Lösung für y.

Für x haben wir die Lösung ja oben schon erhalten: x = -4

Die Lösung des LGS ist damit: (-4|1)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-4x +y = 10 (I) 2x +y = -14 (II)

Lösung einblenden
-4x +y = 10 (I) 2x +y = -14 (II)

Man erkennt, dass in der 2. Gleichung kein Koeffizient vor dem y ist.
Deswegen ist es am einfachsten, wenn man diese Zeile nach y umstellt:

2x + y = -14
y +2x = -14 | -2x
y = -14 -2x

Als neues LGS erhält man so:

-4x +y = 10 (I) +y = ( -14 -2x ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das y durch ( -14 -2x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

-4x + 1 · ( -14 -2x ) = 10
-4x -14 -2x = 10
-6x -14 = 10 | +14
-6x = 24 |:(-6 )
x = -4

Somit haben wir eine Lösung für x.

Diese setzen wir nun in die bereits umgestellte 2. Zeile ein:

y = -14 -2( -4 )

= -14 +8

= -6

also

y = -6

Die Lösung des LGS ist damit: (-4|-6)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-3x +y = -6 (I) -3x -5y = 30 (II)

Lösung einblenden
-3x +y = -6 (I) -3x -5y = 30 (II)

Man erkennt, dass in der 1. Gleichung kein Koeffizient vor dem y ist.
Deswegen ist es am einfachsten, wenn man diese Zeile nach y umstellt:

-3x + y = -6
y -3x = -6 | +3x
y = -6 +3x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -6 +3x ) (I) -3x -5y = 30 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -6 +3x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

-3x -5 · ( -6 +3x ) = 30
-3x +30 -15x = 30
-18x +30 = 30 | -30
-18x = 0 |:(-18 )
x = 0

Somit haben wir eine Lösung für x.

Diese setzen wir nun in die bereits umgestellte 1. Zeile ein:

y = -6 +3( 0 )

= -6 +0

= -6

also

y = -6

Die Lösung des LGS ist damit: (0|-6)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-23 = -2( x +2y) +1 (I)
-9x -4y = -4( x +9 )-2y (II)

Lösung einblenden

Zuerst formen wir die beiden Gleichungen so um, dass links nur noch die Variablen und rechts nur noch die Zahlenwerte stehen:

-23 = -2( x +2y) +1 (I)
-9x -4y = -4( x +9 )-2y (II)
-23 = -2x +1 -4y | + 23 +2x +4y (I)
-9x -4y = -4x -36 -2y | + 4x +2y (II)
2x +4y = 24 (I) -5x -2y = -36 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x +4y = 24
4y +2x = 24 | -2x
4y = 24 -2x |:4
y = 6 - 1 2 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 6 - 1 2 x ) (I) -5x -2y = -36 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 6 - 1 2 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

-5x -2 · ( 6 - 1 2 x ) = -36
-5x -12 + x = -36
-4x -12 = -36 | +12
-4x = -24 |:(-4 )
x = 6

Somit haben wir eine Lösung für x.

Diese setzen wir nun in die bereits umgestellte 1. Zeile ein:

y = 6 - 1 2 6

= 6 -3

= 3

also

y = 3

Die Lösung des LGS ist damit: (6|3)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = 3 und y = 4 Lösungen sind.
Dabei darf keiner der Koeffizienten =0 sein.

Lösung einblenden

Eigentlich kann man die Koeffizienten vor x und y frei wählen, z.B.:

-1x +2y = ?

2x -1y = ?

Jetzt muss man einfach die Lösungen x = 3 und y = 4 einsetzen und ausrechnen:

-1x +2y = -3 +8 = 5

2x -1y = 6 -4 = 2

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

-1x +2y = 5

2x -1y = 2

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

-4x -4y = -32 (I) x -4y = -12 (II)

Lösung einblenden
-4x -4y = -32 (I) x -4y = -12 (II)

Man erkennt, dass in der 2. Gleichung kein Koeffizient vor dem x ist.
Deswegen ist es am einfachsten, wenn man diese Zeile nach x umstellt:

x -4y = -12 | +4y
x = -12 +4y

Als neues LGS erhält man so:

-4x -4y = -32 (I) x = ( -12 +4y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( -12 +4y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

-4 · ( -12 +4y ) -4y = -32
48 -16y -4y = -32
-20y +48 = -32 | -48
-20y = -80 |:(-20 )
y = 4

Somit haben wir eine Lösung für y.

Diese setzen wir nun in die bereits umgestellte 2. Zeile ein:

x = -12 +44

= -12 +16

= 4

also

x = 4

Die Lösung des LGS ist damit: (4|4)

LGS Anwendungen

Beispiel:

In einem Raum brennen 8 LED-Leuchtmittel gleichen Typs und 4 baugleiche Halogenleuchten. Insgesamt verbrauchen alle Lichter in diesem Raum 160 Watt. In einem anderen Raum verbrauchen 7 LED-Leuchtmittel und 2 Halogenleuchten zusammen 95 Watt.Wie viel Watt verbraucht eine LED-Lampe, wie viel eine Halogenlampe?

Lösung einblenden

Wir bezeichnen x als Stromverbrauch einer LED und y als Stromverbrauch einer Halogenlampe und

Aus den Sätzen der Aufgabenstellung ergibt sich somit folgendes lineare Gleichungssystem:

8x +4y = 160 (I) 7x +2y = 95 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

8x +4y = 160
4y +8x = 160 | -8x
4y = 160 -8x |:4
y = 40 -2x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 40 -2x ) (I) 7x +2y = 95 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 40 -2x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

7x + 2 · ( 40 -2x ) = 95
7x +80 -4x = 95
3x +80 = 95 | -80
3x = 15 |:3
x = 5

Somit haben wir eine Lösung für x.

Diese setzen wir nun in die bereits umgestellte 1. Zeile ein:

y = 40 -25

= 40 -10

= 30

also

y = 30

Die Lösung des LGS ist damit: (5|30)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

Stromverbrauch einer LED (x-Wert): 5

Stromverbrauch einer Halogenlampe (y-Wert): 30

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(1|7) und B(4|46) liegen auf einer verschobenen Normalparabel.

Bestimme einen Funktionsterm dieser Parabel.

Lösung einblenden

Wir setzen einfach bei beiden Punkten A und B jeweils den x- und den y-Wert in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c ein:

A(1|7): 7 = 12 + b⋅1 +c

B(4|46): 46 = 42 + b⋅4 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
7 = 1 +1b +c |-1
46 = 16 +4b +c |-16


6 = 1b +c
30 = 4b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = 6 (I) 4b +c = 30 (II)

Man erkennt, dass in der 2. Gleichung kein Koeffizient vor dem c ist.
Deswegen ist es am einfachsten, wenn man diese Zeile nach c umstellt:

4b + c = 30
c +4b = 30 | -4b
c = 30 -4b

Als neues LGS erhält man so:

b +c = 6 (I) +c = ( 30 -4b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( 30 -4b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

b + 1 · ( 30 -4b ) = 6
b +30 -4b = 6
-3b +30 = 6 | -30
-3b = -24 |:(-3 )
b = 8

Somit haben wir eine Lösung für b.

Diese setzen wir nun in die bereits umgestellte 2. Zeile ein:

c = 30 -48

= 30 -32

= -2

also

c = -2

Die Lösung des LGS ist damit: (8|-2)

Jetzt können wir b=8 und c=-2 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +8x -2

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(1|12) und B(-2|-3) liegen auf einer verschobenen Normalparabel.

Bestimme die Koordinaten des Scheitels dieser Parabel.

Lösung einblenden

Um den Scheitel dieser Parabel bestimmen zu können, müssen wir zuerst den Funktionsterm dieser Parabel berechnen:

Wir setzen einfach bei beiden Punkten A und B jeweils den x- und den y-Wert in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c ein:

A(1|12): 12 = 12 + b⋅1 +c

B(-2|-3): -3 = ( - 2 )2 + b⋅( - 2 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
12 = 1 +1b +c |-1
-3 = 4 -2b +c |-4


11 = 1b +c
-7 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = 11 (I) -2b +c = -7 (II)

Man erkennt, dass in der 2. Gleichung kein Koeffizient vor dem c ist.
Deswegen ist es am einfachsten, wenn man diese Zeile nach c umstellt:

-2b + c = -7
c -2b = -7 | +2b
c = -7 +2b

Als neues LGS erhält man so:

b +c = 11 (I) +c = ( -7 +2b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( -7 +2b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

b + 1 · ( -7 +2b ) = 11
b -7 +2b = 11
3b -7 = 11 | +7
3b = 18 |:3
b = 6

Somit haben wir eine Lösung für b.

Diese setzen wir nun in die bereits umgestellte 2. Zeile ein:

c = -7 +26

= -7 +12

= 5

also

c = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (6|5)

Jetzt können wir b=6 und c=5 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +6x +5

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 +6x +5

Man erweitert die ersten beiden Summanden ( x 2 +6x ) zu einem 'binomischen Formel'-Term. Dazu teilt man die 6x durch 2x und quadriert diese Ergebnis 3 zu 9. Diese 9 fügt man dann an dritter Stelle in die Summe ein. So erhält man einen Term der Form x² ± 2xb + b², den man mit der binomischen Formel als (x ± b)² schreiben kann. Damit der Funktionsterm aber nicht verändert wird muss man die 9, die man an 3. Stelle eingefügt hat, danach auch wieder abziehen.

= x 2 +6x +9 -9 +5

= ( x +3 ) 2 -9 +5

= ( x +3 ) 2 -4

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-3|-4).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 +6x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 +6x +5 nur um 5 nach oben/unten verschoben. Das heißt beide Parabeln haben ihren Scheitel an der gleichen x-Stelle.

Von x 2 +6x können wir aber über Ausklammern und den Satz vom Nullprodukt sehr leicht die Nullstellen bestimmen.

x 2 +6x = 0
x · ( x +6 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x +6 = 0 | -6
x2 = -6

Aus Symmetriegründen muss der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen, also S(-3|y).

y = ( -3 ) 2 +6( -3 ) +5 = 9 -18 +5 = -4

also: S(-3|-4).