Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

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

Bestimme y so, dass (2|y) eine Lösung dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Man setzt einfach x = 2 in die Gleichung ein und erhält:

2 + y = 3

Jetzt kann man die Gleichung nach y auflösen:

2 + y = 3
2 + y = 3
y +2 = 3 | -2
y = 1

Die Lösung ist somit: (2|1)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -4x +2y = 22 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (-7|-3)
denn -4⋅( - 7 ) +2( - 3 ) = 28 -6 = 22

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (-5|1)
denn -4⋅( - 5 ) +21 = 20 +2 = 22

Oder : (-9|-7)
denn -4⋅( - 9 ) +2( - 7 ) = 36 -14 = 22

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-4x -4y = 8 (I) -3y = 12 (II)

Lösung einblenden
-4x -4y = 8 (I) -3y = 12 (II)

Man erkennt, dass in der 2. Gleichung gar kein x mehr da ist.
Deswegen können wir diese Zeile sehr einfach nach y umstellen:

-3y = 12 |:(-3 )
y = -4

Als neues LGS erhält man so:

-4x -4y = 8 (I) +y = -4 (II)

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

-4x -4 · ( -4 ) = 8
-4x +16 = 8 | -16
-4x = -8 |:(-4 )
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

Die Lösung des LGS ist damit: (2|-4)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

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

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

3x = -6 |:3
x = -2

Als neues LGS erhält man so:

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

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

-3 · ( -2 ) + y = 3
6 + y = 3
y +6 = 3 | -6
y = -3

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|-3)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-5x -2y = -35 (I) -2x +3y = 5 (II)

Lösung einblenden
-5x -2y = -35 (I) -2x +3y = 5 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

-5x -2y = -35
-2y -5x = -35 | +5x
-2y = -35 +5x |:(-2 )
y = 35 2 - 5 2 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 35 2 - 5 2 x ) (I) -2x +3y = 5 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 35 2 - 5 2 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

-2x + 3 · ( 35 2 - 5 2 x ) = 5
-2x + 105 2 - 15 2 x = 5
- 19 2 x + 105 2 = 5 |⋅ 2
2( - 19 2 x + 105 2 ) = 10
-19x +105 = 10 | -105
-19x = -95 |:(-19 )
x = 5

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 35 2 - 5 2 5

= 35 2 - 25 2

= 5

also

y = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (5|5)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

3( x +3 ) = 3( 1 + y) (I)
-2( x +2 )+2y = x (II)

Lösung einblenden

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

3( x +3 ) = 3( 1 + y) (I)
-2( x +2 )+2y = x (II)
3x +9 = 3 +3y | -9 -3y (I)
-2x -4 +2y = x | + 4 - x (II)
3x -3y = -6 (I) -3x +2y = 4 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

3x -3y = -6
-3y +3x = -6 | -3x
-3y = -6 -3x |:(-3 )
y = 2 + x

Als neues LGS erhält man so:

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

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

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

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 2 +0

= 2

also

y = 2

Die Lösung des LGS ist damit: (0|2)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = -5 und y = -2 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 -2y = ?

6x -8y = ?

Jetzt muss man einfach die Lösungen x = -5 und y = -2 einsetzen und ausrechnen:

2x -2y = -10 +4 = -6

6x -8y = -30 +16 = -14

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

2x -2y = -6

6x -8y = -14

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

-3x -5y = -6 (I) 5x -y = 10 (II)

Lösung einblenden
-3x -5y = -6 (I) 5x -y = 10 (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:

5x - y = 10
-y +5x = 10 | -5x
-y = 10 -5x |:(-1 )
y = -10 +5x

Als neues LGS erhält man so:

-3x -5y = -6 (I) +y = ( -10 +5x ) (II)

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

-3x -5 · ( -10 +5x ) = -6
-3x +50 -25x = -6
-28x +50 = -6 | -50
-28x = -56 |:(-28 )
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -10 +52

= -10 +10

= 0

also

y = 0

Die Lösung des LGS ist damit: (2|0)

LGS Anwendungen

Beispiel:

In einem Raum brennen 8 LED-Leuchtmittel gleichen Typs und 8 baugleiche Halogenleuchten. Insgesamt verbrauchen alle Lichter in diesem Raum 240 Watt. In einem anderen Raum verbrauchen 2 LED-Leuchtmittel und 3 Halogenleuchten zusammen 85 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 +8y = 240 (I) 2x +3y = 85 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

8x +8y = 240
8y +8x = 240 | -8x
8y = 240 -8x |:8
y = 30 - x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 30 - x ) (I) 2x +3y = 85 (II)

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

2x + 3 · ( 30 - x ) = 85
2x +90 -3x = 85
-x +90 = 85 | -90
-x = -5 |:(-1 )
x = 5

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 30 - 5

= 25

also

y = 25

Die Lösung des LGS ist damit: (5|25)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

Stromverbrauch einer LED (x-Wert): 5

Stromverbrauch einer Halogenlampe (y-Wert): 25

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|11) und B(-2|22) 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|11): 11 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(-2|22): 22 = ( - 2 )2 + b⋅( - 2 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
11 = 1 -1b +c |-1
22 = 4 -2b +c |-4


10 = -1b +c
18 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = 10 (I) -2b +c = 18 (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 = 18
c -2b = 18 | +2b
c = 18 +2b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = 10 (I) +c = ( 18 +2b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( 18 +2b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

-b + 1 · ( 18 +2b ) = 10
-b +18 +2b = 10
b +18 = 10 | -18
b = -8

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 18 +2( -8 )

= 18 -16

= 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|-3) und B(2|-6) 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|-3): -3 = 12 + b⋅1 +c

B(2|-6): -6 = 22 + b⋅2 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-3 = 1 +1b +c |-1
-6 = 4 +2b +c |-4


-4 = 1b +c
-10 = 2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = -4 (I) 2b +c = -10 (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 = -10
c +2b = -10 | -2b
c = -10 -2b

Als neues LGS erhält man so:

b +c = -4 (I) +c = ( -10 -2b ) (II)

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

b + 1 · ( -10 -2b ) = -4
b -10 -2b = -4
-b -10 = -4 | +10
-b = 6 |:(-1 )
b = -6

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -10 -2( -6 )

= -10 +12

= 2

also

c = 2

Die Lösung des LGS ist damit: (-6|2)

Jetzt können wir b=-6 und c=2 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 -6x +2

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 -6x +2

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 +2

= ( x -3 ) 2 -9 +2

= ( x -3 ) 2 -7

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(3|-7).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 -6x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 -6x +2 nur um 2 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 -63 +2 = 9 -18 +2 = -7

also: S(3|-7).