Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 4x -3y = -7 .

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

Lösung einblenden

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

42 -3y = -7

Jetzt kann man die Gleichung nach y auflösen:

42 -3y = -7
8 -3y = -7
-3y +8 = -7 | -8
-3y = -15 |:(-3 )
y = 5

Die Lösung ist somit: (2|5)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 3x - y = 18 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (6|0)
denn 3⋅6 -10 = 18 +0 = 18

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (5|-3)
denn 3⋅5 -1( - 3 ) = 15 +3 = 18

Oder : (7|3)
denn 3⋅7 -13 = 21 -3 = 18

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

2x = 2 (I) 3x +2y = 13 (II)

Lösung einblenden
2x = 2 (I) 3x +2y = 13 (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 = 2 |:2
x = 1

Als neues LGS erhält man so:

x = 1 (I) 3x +2y = 13 (II)

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

3 · 1 +2y = 13
3 +2y = 13
2y +3 = 13 | -3
2y = 10 |:2
y = 5

Somit haben wir eine Lösung für y.

Für x haben wir die Lösung ja oben schon erhalten: x = 1

Die Lösung des LGS ist damit: (1|5)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

3x +y = -17 (I) -3x +2y = 20 (II)

Lösung einblenden
3x +y = -17 (I) -3x +2y = 20 (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:

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

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -17 -3x ) (I) -3x +2y = 20 (II)

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

-3x + 2 · ( -17 -3x ) = 20
-3x -34 -6x = 20
-9x -34 = 20 | +34
-9x = 54 |:(-9 )
x = -6

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -17 -3( -6 )

= -17 +18

= 1

also

y = 1

Die Lösung des LGS ist damit: (-6|1)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-2x -4y = 18 (I) -2x -5y = 23 (II)

Lösung einblenden
-2x -4y = 18 (I) -2x -5y = 23 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

-2x -4y = 18
-4y -2x = 18 | +2x
-4y = 18 +2x |:(-4 )
y = - 9 2 - 1 2 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( - 9 2 - 1 2 x ) (I) -2x -5y = 23 (II)

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

-2x -5 · ( - 9 2 - 1 2 x ) = 23
-2x + 45 2 + 5 2 x = 23
1 2 x + 45 2 = 23 |⋅ 2
2( 1 2 x + 45 2 ) = 46
x +45 = 46 | -45
x = 1

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = - 9 2 - 1 2 1

= - 9 2 - 1 2

= -5

also

y = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (1|-5)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

3x + y = 2( -x +5 )+6y (I)
x = -4 - y (II)

Lösung einblenden

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

3x + y = 2( -x +5 )+6y (I)
x = -4 - y (II)
3x + y = -2x +10 +6y | + 2x -6y (I)
x = -4 - y | + y (II)
5x -5y = 10 (I) x +y = -4 (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:

x + y = -4
y + x = -4 | - x
y = -4 - x

Als neues LGS erhält man so:

5x -5y = 10 (I) +y = ( -4 - x ) (II)

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

5x -5 · ( -4 - x ) = 10
5x +20 +5x = 10
10x +20 = 10 | -20
10x = -10 |:10
x = -1

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -4 - ( -1 )

= -4 +1

= -3

also

y = -3

Die Lösung des LGS ist damit: (-1|-3)

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.:

-1x +3y = ?

-2x +4y = ?

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

-1x +3y = -5 +15 = 10

-2x +4y = -10 +20 = 10

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

-1x +3y = 10

-2x +4y = 10

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

5x -5y = -10 (I) 2x -4y = 0 (II)

Lösung einblenden
5x -5y = -10 (I) 2x -4y = 0 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

5x -5y = -10
-5y +5x = -10 | -5x
-5y = -10 -5x |:(-5 )
y = 2 + x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 2 + x ) (I) 2x -4y = 0 (II)

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

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

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 2 -4

= -2

also

y = -2

Die Lösung des LGS ist damit: (-4|-2)

LGS Anwendungen

Beispiel:

Carola war 4 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 1130 kcal Energie verbraucht hätte. Am Tag zuvor war sie 7 Stunden wandern und hat 4 Schokobonbons gegessen, wofür ihre Fitness-App einen Ernergieverbrauch von 1960 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:

4x -2y = 1130 (I) 7x -4y = 1960 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

4x -2y = 1130
-2y +4x = 1130 | -4x
-2y = 1130 -4x |:(-2 )
y = -565 +2x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -565 +2x ) (I) 7x -4y = 1960 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -565 +2x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

7x -4 · ( -565 +2x ) = 1960
7x +2260 -8x = 1960
-x +2260 = 1960 | -2260
-x = -300 |:(-1 )
x = 300

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -565 +2300

= -565 +600

= 35

also

y = 35

Die Lösung des LGS ist damit: (300|35)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

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

kcal eines Schokobonbons (y-Wert): 35

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|9) und B(-2|18) 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|9): 9 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(-2|18): 18 = ( - 2 )2 + b⋅( - 2 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
9 = 1 -1b +c |-1
18 = 4 -2b +c |-4


8 = -1b +c
14 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = 8 (I) -2b +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:

-2b + c = 14
c -2b = 14 | +2b
c = 14 +2b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = 8 (I) +c = ( 14 +2b ) (II)

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

-b + 1 · ( 14 +2b ) = 8
-b +14 +2b = 8
b +14 = 8 | -14
b = -6

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 14 +2( -6 )

= 14 -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

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(1|15) und B(2|28) 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 = 12 + b⋅1 +c

B(2|28): 28 = 22 + b⋅2 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
15 = 1 +1b +c |-1
28 = 4 +2b +c |-4


14 = 1b +c
24 = 2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = 14 (I) 2b +c = 24 (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 = 24
c +2b = 24 | -2b
c = 24 -2b

Als neues LGS erhält man so:

b +c = 14 (I) +c = ( 24 -2b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( 24 -2b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

b + 1 · ( 24 -2b ) = 14
b +24 -2b = 14
-b +24 = 14 | -24
-b = -10 |:(-1 )
b = 10

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 24 -210

= 24 -20

= 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).