Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: x -4y = 14 .

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

Lösung einblenden

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

6 -4y = 14

Jetzt kann man die Gleichung nach y auflösen:

6 -4y = 14
6 -4y = 14
-4y +6 = 14 | -6
-4y = 8 |:(-4 )
y = -2

Die Lösung ist somit: (6|-2)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

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

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (2|-6)
denn -2⋅2 -2( - 6 ) = -4 +12 = 8

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (0|-4)
denn -2⋅0 -2( - 4 ) = 0 +8 = 8

Oder : (4|-8)
denn -2⋅4 -2( - 8 ) = -8 +16 = 8

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-x -4y = 12 (I) 2x = 8 (II)

Lösung einblenden
-x -4y = 12 (I) 2x = 8 (II)

Man erkennt, dass in der 2. 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 -4y = 12 (I) x = 4 (II)

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

-1 · 4 -4y = 12
-4 -4y = 12
-4y -4 = 12 | +4
-4y = 16 |:(-4 )
y = -4

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|-4)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

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

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

Als neues LGS erhält man so:

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

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

3x + 3 · ( 6 +3x ) = -30
3x +18 +9x = -30
12x +18 = -30 | -18
12x = -48 |:12
x = -4

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 6 +3( -4 )

= 6 -12

= -6

also

y = -6

Die Lösung des LGS ist damit: (-4|-6)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

2x +3y = -30 (I) 5x +2y = -42 (II)

Lösung einblenden
2x +3y = -30 (I) 5x +2y = -42 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x +3y = -30
3y +2x = -30 | -2x
3y = -30 -2x |:3
y = -10 - 2 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -10 - 2 3 x ) (I) 5x +2y = -42 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -10 - 2 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

5x + 2 · ( -10 - 2 3 x ) = -42
5x -20 - 4 3 x = -42
11 3 x -20 = -42 |⋅ 3
3( 11 3 x -20 ) = -126
11x -60 = -126 | +60
11x = -66 |:11
x = -6

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -10 - 2 3 ( -6 )

= -10 +4

= -6

also

y = -6

Die Lösung des LGS ist damit: (-6|-6)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-2x +y = -2 (I) -x + 2 3 y = - 4 3 (II)

Lösung einblenden
-2x +y = -2 (I) -x + 2 3 y = - 4 3 (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 + 2 3 y = - 4 3 |⋅ 3
3( -x + 2 3 y) = -4
-3x +2y = -4 | -2y
-3x = -4 -2y |:(-3 )
x = 4 3 + 2 3 y

Als neues LGS erhält man so:

-2x +y = -2 (I) x = ( 4 3 + 2 3 y ) (II)

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

-2 · ( 4 3 + 2 3 y ) + y = -2
- 8 3 - 4 3 y + y = -2
- 1 3 y - 8 3 = -2 |⋅ 3
3( - 1 3 y - 8 3 ) = -6
-y -8 = -6 | +8
-y = 2 |:(-1 )
y = -2

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 4 3 + 2 3 ( -2 )

= 4 3 - 4 3

= 0

also

x = 0

Die Lösung des LGS ist damit: (0|-2)

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.:

-1x -4y = ?

-4x -14y = ?

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

-1x -4y = -3 +20 = 17

-4x -14y = -12 +70 = 58

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

-1x -4y = 17

-4x -14y = 58

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

-x -y = 2 (I) 4x +4y = -6 (II)

Lösung einblenden
-x -y = 2 (I) 4x +4y = -6 (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:

-x - y = 2
-y - x = 2 | + x
-y = 2 + x |:(-1 )
y = -2 - x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -2 - x ) (I) 4x +4y = -6 (II)

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

4x + 4 · ( -2 - x ) = -6
4x -8 -4x = -6
-8 = -6 | +8
0 = 2

Diese Gleichung hat keine Lösung!

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

LGS Anwendungen

Beispiel:

Carola war 3 Stunden wandern. Danach hat sie 2 Schokobonbons gegessen. Als sie diese Werte in ihre Fitness-App einträgt, meldet diese, dass sie durch beide Aktionen zusammen 370 kcal Energie verbraucht hätte. Am Tag zuvor war sie 3 Stunden wandern und hat 5 Schokobonbons gegessen, wofür ihre Fitness-App einen Ernergieverbrauch von 250 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 -2y = 370 (I) 3x -5y = 250 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

3x -2y = 370
-2y +3x = 370 | -3x
-2y = 370 -3x |:(-2 )
y = -185 + 3 2 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -185 + 3 2 x ) (I) 3x -5y = 250 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -185 + 3 2 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

3x -5 · ( -185 + 3 2 x ) = 250
3x +925 - 15 2 x = 250
- 9 2 x +925 = 250 |⋅ 2
2( - 9 2 x +925 ) = 500
-9x +1850 = 500 | -1850
-9x = -1350 |:(-9 )
x = 150

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -185 + 3 2 150

= -185 +225

= 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|-10) und B(-2|-13) 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|-10): -10 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(-2|-13): -13 = ( - 2 )2 + b⋅( - 2 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-10 = 1 -1b +c |-1
-13 = 4 -2b +c |-4


-11 = -1b +c
-17 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = -11 (I) -2b +c = -17 (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 = -17
c -2b = -17 | +2b
c = -17 +2b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = -11 (I) +c = ( -17 +2b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( -17 +2b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

-b + 1 · ( -17 +2b ) = -11
-b -17 +2b = -11
b -17 = -11 | +17
b = 6

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -17 +26

= -17 +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

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(1|7) und B(-1|-13) 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|7): 7 = 12 + b⋅1 +c

B(-1|-13): -13 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
7 = 1 +1b +c |-1
-13 = 1 -1b +c |-1


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

Als neues LGS erhält man so:

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

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

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

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -14 +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 -29

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-5|-29).


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 = -29

also: S(-5|-29).