Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 3x -2y = 8 .

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

Lösung einblenden

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

3x -2( -1 ) = 8

Jetzt kann man die Gleichung nach x auflösen:

3x -2( -1 ) = 8
3x +2 = 8 | -2
3x = 6 |:3
x = 2

Die Lösung ist somit: (2|-1)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 2x +3y = -19 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (-5|-3)
denn 2⋅( - 5 ) +3( - 3 ) = -10 -9 = -19

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (-2|-5)
denn 2⋅( - 2 ) +3( - 5 ) = -4 -15 = -19

Oder : (-8|-1)
denn 2⋅( - 8 ) +3( - 1 ) = -16 -3 = -19

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

2x = 4 (I) 2x -4y = 20 (II)

Lösung einblenden
2x = 4 (I) 2x -4y = 20 (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 = 4 |:2
x = 2

Als neues LGS erhält man so:

x = 2 (I) 2x -4y = 20 (II)

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

2 · 2 -4y = 20
4 -4y = 20
-4y +4 = 20 | -4
-4y = 16 |:(-4 )
y = -4

Somit haben wir eine Lösung für y.

Für x haben wir die Lösung ja oben schon erhalten: x = 2

Die Lösung des LGS ist damit: (2|-4)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

x -3y = 17 (I) 3x +2y = 7 (II)

Lösung einblenden
x -3y = 17 (I) 3x +2y = 7 (II)

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

x -3y = 17 | +3y
x = 17 +3y

Als neues LGS erhält man so:

x = ( 17 +3y ) (I) 3x +2y = 7 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das x durch ( 17 +3y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

3 · ( 17 +3y ) +2y = 7
51 +9y +2y = 7
11y +51 = 7 | -51
11y = -44 |:11
y = -4

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 17 +3( -4 )

= 17 -12

= 5

also

x = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (5|-4)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

4x -3y = 9 (I) 4x -5y = -1 (II)

Lösung einblenden
4x -3y = 9 (I) 4x -5y = -1 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

4x -3y = 9
-3y +4x = 9 | -4x
-3y = 9 -4x |:(-3 )
y = -3 + 4 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -3 + 4 3 x ) (I) 4x -5y = -1 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -3 + 4 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

4x -5 · ( -3 + 4 3 x ) = -1
4x +15 - 20 3 x = -1
- 8 3 x +15 = -1 |⋅ 3
3( - 8 3 x +15 ) = -3
-8x +45 = -3 | -45
-8x = -48 |:(-8 )
x = 6

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -3 + 4 3 6

= -3 +8

= 5

also

y = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (6|5)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

0 = -5x +21 +4y (I)
5( 5 + y) = 5x (II)

Lösung einblenden

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

0 = -5x +21 +4y (I)
5( 5 + y) = 5x (II)
0 = -5x +21 +4y | + 5x -4y (I)
25 +5y = 5x | -25 -5x (II)
5x -4y = 21 (I) -5x +5y = -25 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

5x -4y = 21
-4y +5x = 21 | -5x
-4y = 21 -5x |:(-4 )
y = - 21 4 + 5 4 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( - 21 4 + 5 4 x ) (I) -5x +5y = -25 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( - 21 4 + 5 4 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

-5x + 5 · ( - 21 4 + 5 4 x ) = -25
-5x - 105 4 + 25 4 x = -25
5 4 x - 105 4 = -25 |⋅ 4
4( 5 4 x - 105 4 ) = -100
5x -105 = -100 | +105
5x = 5 |:5
x = 1

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = - 21 4 + 5 4 1

= - 21 4 + 5 4

= -4

also

y = -4

Die Lösung des LGS ist damit: (1|-4)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = -5 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 -1y = ?

-6x -3y = ?

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

-3x -1y = 15 +5 = 20

-6x -3y = 30 +15 = 45

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

-3x -1y = 20

-6x -3y = 45

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

-8x -16y = 5 (I) 2x +4y = -2 (II)

Lösung einblenden
-8x -16y = 5 (I) 2x +4y = -2 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

-8x -16y = 5
-16y -8x = 5 | +8x
-16y = 5 +8x |:(-16 )
y = - 5 16 - 1 2 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( - 5 16 - 1 2 x ) (I) 2x +4y = -2 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( - 5 16 - 1 2 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

2x + 4 · ( - 5 16 - 1 2 x ) = -2
2x - 5 4 -2x = -2
- 5 4 = -2 | + 5 4
0 = - 3 4

Diese Gleichung hat keine Lösung!

Da diese Gleichung keine Lösung hat, ist auch die Lösungsmenge des LGS leer.

LGS Anwendungen

Beispiel:

Carola war 2 Stunden wandern. Danach hat sie 3 Schokobonbons gegessen. Als sie diese Werte in ihre Fitness-App einträgt, meldet diese, dass sie durch beide Aktionen zusammen 180 kcal Energie verbraucht hätte. Am Tag zuvor war sie 7 Stunden wandern und hat 5 Schokobonbons gegessen, wofür ihre Fitness-App einen Ernergieverbrauch von 850 kcal berechnete. Wie viele kcal verliert man bei einer Stunde Wandern, wie viel kcal hat ein Schokobonbon?

Lösung einblenden

Wir bezeichnen x als kcal-Verbrauch bei einer Stunde Wandern und y als kcal eines Schokobonbons und

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

2x -3y = 180 (I) 7x -5y = 850 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x -3y = 180
-3y +2x = 180 | -2x
-3y = 180 -2x |:(-3 )
y = -60 + 2 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -60 + 2 3 x ) (I) 7x -5y = 850 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -60 + 2 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

7x -5 · ( -60 + 2 3 x ) = 850
7x +300 - 10 3 x = 850
11 3 x +300 = 850 |⋅ 3
3( 11 3 x +300 ) = 2550
11x +900 = 2550 | -900
11x = 1650 |:11
x = 150

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -60 + 2 3 150

= -60 +100

= 40

also

y = 40

Die Lösung des LGS ist damit: (150|40)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

kcal-Verbrauch bei einer Stunde Wandern (x-Wert): 150

kcal eines Schokobonbons (y-Wert): 40

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|0) und B(1|-8) 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|0): 0 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(1|-8): -8 = 12 + b⋅1 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
0 = 1 -1b +c |-1
-8 = 1 +1b +c |-1


-1 = -1b +c
-9 = 1b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = -1 (I) b +c = -9 (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:

b + c = -9
c + b = -9 | - b
c = -9 - b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = -1 (I) +c = ( -9 - b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( -9 - b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

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

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -9 - ( -4 )

= -9 +4

= -5

also

c = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (-4|-5)

Jetzt können wir b=-4 und c=-5 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 -4x -5

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(1|0) 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|0): 0 = 12 + b⋅1 +c

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

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
0 = 1 +1b +c |-1
-3 = 4 -2b +c |-4


-1 = 1b +c
-7 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = -1 (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 = -1 (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 ) = -1
b -7 +2b = -1
3b -7 = -1 | +7
3b = 6 |:3
b = 2

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -7 +22

= -7 +4

= -3

also

c = -3

Die Lösung des LGS ist damit: (2|-3)

Jetzt können wir b=2 und c=-3 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +2x -3

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 +2x -3

Man erweitert die ersten beiden Summanden ( x 2 +2x ) zu einem 'binomischen Formel'-Term. Dazu teilt man die 2x durch 2x und quadriert diese Ergebnis 1 zu 1. Diese 1 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 1, die man an 3. Stelle eingefügt hat, danach auch wieder abziehen.

= x 2 +2x +1 -1 -3

= ( x +1 ) 2 -1 -3

= ( x +1 ) 2 -4

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-1|-4).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 +2x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 +2x -3 nur um -3 nach oben/unten verschoben. Das heißt beide Parabeln haben ihren Scheitel an der gleichen x-Stelle.

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

x 2 +2x = 0
x · ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

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

Aus Symmetriegründen muss der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen, also S(-1|y).

y = ( -1 ) 2 +2( -1 ) -3 = 1 -2 -3 = -4

also: S(-1|-4).