Aufgabenbeispiele von LGS

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -3x - y = 9 .

Bestimme x so, dass (x|3) eine Lösung dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Man setzt einfach y = 3 in die Gleichung ein und erhält:

-3x - 3 = 9

Jetzt kann man die Gleichung nach x auflösen:

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

Die Lösung ist somit: (-4|3)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 2x +3y = -1 .

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 = -1

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (-2|1)
denn 2⋅( - 2 ) +3⋅1 = -4 +3 = -1

Oder : (-8|5)
denn 2⋅( - 8 ) +3⋅5 = -16 +15 = -1

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

4x -3y = 8 (I) x = 5 (II)

Lösung einblenden

Man erkennt, dass in der 2. Gleichung ja schon das x gegeben ist.

x = 5


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

4 · 5 -3y = 8
20 -3y = 8
-3y +20 = 8 | -20
-3y = -12 |:(-3 )
y = 4

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|4)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

Lösung einblenden
4x +4y = 16 (I) x -4y = -1 (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 = -1 | +4y
x = -1 +4y

Als neues LGS erhält man so:

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

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

4 · ( -1 +4y ) +4y = 16
-4 +16y +4y = 16
20y -4 = 16 | +4
20y = 20 |:20
y = 1

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = -1 +4⋅1

= -1 +4

= 3

also

x = 3

Die Lösung des LGS ist damit: (3|1)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-4x +y = 25 (I) -x -5y = -20 (II)

Lösung einblenden
-4x +y = 25 (I) -x -5y = -20 (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 = -20 | +5y
-x = -20 +5y |:(-1 )
x = 20 -5y

Als neues LGS erhält man so:

-4x +y = 25 (I) x = ( 20 -5y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( 20 -5y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

-4 · ( 20 -5y ) + y = 25
-80 +20y + y = 25
21y -80 = 25 | +80
21y = 105 |:21
y = 5

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 20 -5⋅5

= 20 -25

= -5

also

x = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (-5|5)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-x -14 -3y = 0 (I)
-2x -3 -5y = 19 (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 -14 -3y = 0 | + 14 (I)
-2x -3 -5y = 19 | + 3 (II)
-x -3y = 14 (I) -2x -5y = 22 (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 = 14 | +3y
-x = 14 +3y |:(-1 )
x = -14 -3y

Als neues LGS erhält man so:

x = ( -14 -3y ) (I) -2x -5y = 22 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das x durch ( -14 -3y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

-2 · ( -14 -3y ) -5y = 22
28 +6y -5y = 22
y +28 = 22 | -28
y = -6

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = -14 -3⋅( -6 )

= -14 +18

= 4

also

x = 4

Die Lösung des LGS ist damit: (4|-6)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = -4 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.:

2x -3y = ?

5x -7y = ?

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

2x -3y = -8 -12 = -20

5x -7y = -20 -28 = -48

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

2x -3y = -20

5x -7y = -48

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

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

Lösung einblenden
4x +2y = 2 (I) -2x -y = -1 (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 = -1
-y -2x = -1 | +2x
-y = -1 +2x |:(-1 )
y = 1 -2x

Als neues LGS erhält man so:

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

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

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

Diese Gleichung hat unendlich viele Lösungen!

Diese Gleichung ist für jeden Wert von x gültig. Die Lösungsmenge der Gleichung und die des LGS sind also unendlich groß.

LGS Anwendungen

Beispiel:

Carola war 3 Stunden wandern. Danach hat sie 5 Schokobonbons gegessen. Als sie diese Werte in ihre Fitness-App einträgt, meldet diese, dass sie durch beide Aktionen zusammen 675 kcal Energie verbraucht hätte. Am Tag zuvor war sie 4 Stunden wandern und hat 5 Schokobonbons gegessen, wofür ihre Fitness-App einen Ernergieverbrauch von 975 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:

3x -5y = 675 (I) 4x -5y = 975 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

3x -5y = 675
-5y +3x = 675 | -3x
-5y = 675 -3x |:(-5 )
y = -135 + 3 5 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -135 + 3 5 x ) (I) 4x -5y = 975 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -135 + 3 5 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

4x -5 · ( -135 + 3 5 x ) = 975
4x +675 -3x = 975
x +675 = 975 | -675
x = 300

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -135 + 3 5 ⋅300

= -135 +180

= 45

also

y = 45

Die Lösung des LGS ist damit: (300|45)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

kcal-Verbrauch bei einer Stunde Wandern (x-Wert): 300

kcal eines Schokobonbons (y-Wert): 45

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

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

B(-2|-8): -8 = ( - 2 )2 + b⋅( - 2 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-3 = 1 -1b +c |-1
-8 = 4 -2b +c |-4


-4 = -1b +c
-12 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = -4 (I) -2b +c = -12 (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 = -12
c -2b = -12 | +2b
c = -12 +2b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = -4 (I) +c = ( -12 +2b ) (II)

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

-b + 1 · ( -12 +2b ) = -4
-b -12 +2b = -4
b -12 = -4 | +12
b = 8

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -12 +2⋅8

= -12 +16

= 4

also

c = 4

Die Lösung des LGS ist damit: (8|4)

Jetzt können wir b=8 und c=4 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +8x +4

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|15) und B(1|-5) 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|15): 15 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(1|-5): -5 = 12 + b⋅1 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
15 = 1 -1b +c |-1
-5 = 1 +1b +c |-1


14 = -1b +c
-6 = 1b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = 14 (I) b +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:

b + c = -6
c + b = -6 | - b
c = -6 - b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = 14 (I) +c = ( -6 - b ) (II)

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

-b + 1 · ( -6 - b ) = 14
-b -6 - b = 14
-2b -6 = 14 | +6
-2b = 20 |:(-2 )
b = -10

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -6 - ( -10 )

= -6 +10

= 4

also

c = 4

Die Lösung des LGS ist damit: (-10|4)

Jetzt können wir b=-10 und c=4 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 -10x +4

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 -10x +4

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 +4

= ( x -5 ) 2 -25 +4

= ( x -5 ) 2 -21

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(5|-21).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 -10x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 -10x +4 nur um 4 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 -10⋅5 +4 = 25 -50 +4 = -21

also: S(5|-21).