Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -4x -2y = -12 .

Bestimme x so, dass (x|-6) eine Lösung dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Man setzt einfach y = -6 in die Gleichung ein und erhält:

-4x -2( -6 ) = -12

Jetzt kann man die Gleichung nach x auflösen:

-4x -2( -6 ) = -12
-4x +12 = -12 | -12
-4x = -24 |:(-4 )
x = 6

Die Lösung ist somit: (6|-6)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -4x +5y = 23 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (-2|3)
denn -4⋅( - 2 ) +53 = 8 +15 = 23

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (3|7)
denn -4⋅3 +57 = -12 +35 = 23

Oder : (-7|-1)
denn -4⋅( - 7 ) +5( - 1 ) = 28 -5 = 23

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

2x = -10 (I) -3x -4y = 39 (II)

Lösung einblenden
2x = -10 (I) -3x -4y = 39 (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 = -10 |:2
x = -5

Als neues LGS erhält man so:

x = -5 (I) -3x -4y = 39 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das x durch -5 ersetzen und dann nach y auflösen:

-3 · ( -5 ) -4y = 39
15 -4y = 39
-4y +15 = 39 | -15
-4y = 24 |:(-4 )
y = -6

Somit haben wir eine Lösung für y.

Für x haben wir die Lösung ja oben schon erhalten: x = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (-5|-6)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

2x +y = 16 (I) x +4y = 22 (II)

Lösung einblenden
2x +y = 16 (I) x +4y = 22 (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 = 22 | -4y
x = 22 -4y

Als neues LGS erhält man so:

2x +y = 16 (I) x = ( 22 -4y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( 22 -4y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

2 · ( 22 -4y ) + y = 16
44 -8y + y = 16
-7y +44 = 16 | -44
-7y = -28 |:(-7 )
y = 4

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 22 -44

= 22 -16

= 6

also

x = 6

Die Lösung des LGS ist damit: (6|4)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

5x -3y = -20 (I) x -5y = -26 (II)

Lösung einblenden
5x -3y = -20 (I) x -5y = -26 (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 -5y = -26 | +5y
x = -26 +5y

Als neues LGS erhält man so:

5x -3y = -20 (I) x = ( -26 +5y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( -26 +5y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

5 · ( -26 +5y ) -3y = -20
-130 +25y -3y = -20
22y -130 = -20 | +130
22y = 110 |:22
y = 5

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = -26 +55

= -26 +25

= -1

also

x = -1

Die Lösung des LGS ist damit: (-1|5)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

x -2y = 2x +7 (I)
x +5y = -10 (II)

Lösung einblenden

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

x -2y = 2x +7 | -2x (I)
x +5y = -10 (II)
-x -2y = 7 (I) x +5y = -10 (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 +5y = -10 | -5y
x = -10 -5y

Als neues LGS erhält man so:

-x -2y = 7 (I) x = ( -10 -5y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( -10 -5y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

-1 · ( -10 -5y ) -2y = 7
10 +5y -2y = 7
3y +10 = 7 | -10
3y = -3 |:3
y = -1

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = -10 -5( -1 )

= -10 +5

= -5

also

x = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (-5|-1)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = 3 und y = 5 Lösungen sind.
Dabei darf keiner der Koeffizienten =0 sein.

Lösung einblenden

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

3x -5y = ?

7x -13y = ?

Jetzt muss man einfach die Lösungen x = 3 und y = 5 einsetzen und ausrechnen:

3x -5y = 9 -25 = -16

7x -13y = 21 -65 = -44

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

3x -5y = -16

7x -13y = -44

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

5x +3y = 45 (I) 4x +5y = 49 (II)

Lösung einblenden
5x +3y = 45 (I) 4x +5y = 49 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

5x +3y = 45
3y +5x = 45 | -5x
3y = 45 -5x |:3
y = 15 - 5 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 15 - 5 3 x ) (I) 4x +5y = 49 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 15 - 5 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

4x + 5 · ( 15 - 5 3 x ) = 49
4x +75 - 25 3 x = 49
- 13 3 x +75 = 49 |⋅ 3
3( - 13 3 x +75 ) = 147
-13x +225 = 147 | -225
-13x = -78 |:(-13 )
x = 6

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 15 - 5 3 6

= 15 -10

= 5

also

y = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (6|5)

LGS Anwendungen

Beispiel:

In einem Raum brennen 2 LED-Leuchtmittel gleichen Typs und 6 baugleiche Halogenleuchten. Insgesamt verbrauchen alle Lichter in diesem Raum 184 Watt. In einem anderen Raum verbrauchen 5 LED-Leuchtmittel und 6 Halogenleuchten zusammen 190 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:

2x +6y = 184 (I) 5x +6y = 190 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x +6y = 184
6y +2x = 184 | -2x
6y = 184 -2x |:6
y = 92 3 - 1 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 92 3 - 1 3 x ) (I) 5x +6y = 190 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 92 3 - 1 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

5x + 6 · ( 92 3 - 1 3 x ) = 190
5x +184 -2x = 190
3x +184 = 190 | -184
3x = 6 |:3
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 92 3 - 1 3 2

= 92 3 - 2 3

= 30

also

y = 30

Die Lösung des LGS ist damit: (2|30)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

Stromverbrauch einer LED (x-Wert): 2

Stromverbrauch einer Halogenlampe (y-Wert): 30

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|-3) und B(-2|-2) 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|-3): -3 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

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

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


-4 = -1b +c
-6 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = -4 (I) -2b +c = -6 (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 = -6
c -2b = -6 | +2b
c = -6 +2b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = -4 (I) +c = ( -6 +2b ) (II)

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

-b + 1 · ( -6 +2b ) = -4
-b -6 +2b = -4
b -6 = -4 | +6
b = 2

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -6 +22

= -6 +4

= -2

also

c = -2

Die Lösung des LGS ist damit: (2|-2)

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

y= x 2 +2x -2

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|16) und B(2|-11) 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|16): 16 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(2|-11): -11 = 22 + b⋅2 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
16 = 1 -1b +c |-1
-11 = 4 +2b +c |-4


15 = -1b +c
-15 = 2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = 15 (I) 2b +c = -15 (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 = -15
c +2b = -15 | -2b
c = -15 -2b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = 15 (I) +c = ( -15 -2b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( -15 -2b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

-b + 1 · ( -15 -2b ) = 15
-b -15 -2b = 15
-3b -15 = 15 | +15
-3b = 30 |:(-3 )
b = -10

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -15 -2( -10 )

= -15 +20

= 5

also

c = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (-10|5)

Jetzt können wir b=-10 und c=5 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 -10x +5

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 -10x +5

Man erweitert die ersten beiden Summanden ( x 2 -10x ) zu einem 'binomischen Formel'-Term. Dazu teilt man die -10x durch 2x und quadriert diese Ergebnis -5 zu 25. Diese 25 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 25, die man an 3. Stelle eingefügt hat, danach auch wieder abziehen.

= x 2 -10x +25 -25 +5

= ( x -5 ) 2 -25 +5

= ( x -5 ) 2 -20

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(5|-20).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 -10x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 -10x +5 nur um 5 nach oben/unten verschoben. Das heißt beide Parabeln haben ihren Scheitel an der gleichen x-Stelle.

Von x 2 -10x können wir aber über Ausklammern und den Satz vom Nullprodukt sehr leicht die Nullstellen bestimmen.

x 2 -10x = 0
x · ( x -10 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -10 = 0 | +10
x2 = 10

Aus Symmetriegründen muss der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen, also S(5|y).

y = 5 2 -105 +5 = 25 -50 +5 = -20

also: S(5|-20).