Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -3x -2y = 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 -23 = 9

Jetzt kann man die Gleichung nach x auflösen:

-3x -23 = 9
-3x -6 = 9 | +6
-3x = 15 |:(-3 )
x = -5

Die Lösung ist somit: (-5|3)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -2x -3y = -11 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (-2|5)
denn -2⋅( - 2 ) -35 = 4 -15 = -11

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (-5|7)
denn -2⋅( - 5 ) -37 = 10 -21 = -11

Oder : (1|3)
denn -2⋅1 -33 = -2 -9 = -11

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

2x +y = -7 (I) +4y = -20 (II)

Lösung einblenden
2x +y = -7 (I) +4y = -20 (II)

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

4y = -20 |:4
y = -5

Als neues LGS erhält man so:

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

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

2x + 1 · ( -5 ) = -7
2x -5 = -7 | +5
2x = -2 |:2
x = -1

Somit haben wir eine Lösung für x.

Für y haben wir die Lösung ja oben schon erhalten: y = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (-1|-5)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

2x +y = -14 (I) -2x -3y = 26 (II)

Lösung einblenden
2x +y = -14 (I) -2x -3y = 26 (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:

2x + y = -14
y +2x = -14 | -2x
y = -14 -2x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -14 -2x ) (I) -2x -3y = 26 (II)

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

-2x -3 · ( -14 -2x ) = 26
-2x +42 +6x = 26
4x +42 = 26 | -42
4x = -16 |:4
x = -4

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -14 -2( -4 )

= -14 +8

= -6

also

y = -6

Die Lösung des LGS ist damit: (-4|-6)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-x -5y = 9 (I) -x +4y = -9 (II)

Lösung einblenden
-x -5y = 9 (I) -x +4y = -9 (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 = -9 | -4y
-x = -9 -4y |:(-1 )
x = 9 +4y

Als neues LGS erhält man so:

-x -5y = 9 (I) x = ( 9 +4y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( 9 +4y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

-1 · ( 9 +4y ) -5y = 9
-9 -4y -5y = 9
-9y -9 = 9 | +9
-9y = 18 |:(-9 )
y = -2

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 9 +4( -2 )

= 9 -8

= 1

also

x = 1

Die Lösung des LGS ist damit: (1|-2)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

3x - y = 10
-y +3x = 10 | -3x
-y = 10 -3x |:(-1 )
y = -10 +3x

Als neues LGS erhält man so:

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

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

-x -1 · ( -10 +3x ) = 2
-x +10 -3x = 2
-4x +10 = 2 | -10
-4x = -8 |:(-4 )
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -10 +32

= -10 +6

= -4

also

y = -4

Die Lösung des LGS ist damit: (2|-4)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = 4 und y = -3 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 = ?

6x -6y = ?

Jetzt muss man einfach die Lösungen x = 4 und y = -3 einsetzen und ausrechnen:

2x -3y = 8 +9 = 17

6x -6y = 24 +18 = 42

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

2x -3y = 17

6x -6y = 42

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

2x +5y = 5 (I) 4x +3y = -11 (II)

Lösung einblenden
2x +5y = 5 (I) 4x +3y = -11 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x +5y = 5
5y +2x = 5 | -2x
5y = 5 -2x |:5
y = 1 - 2 5 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 1 - 2 5 x ) (I) 4x +3y = -11 (II)

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

4x + 3 · ( 1 - 2 5 x ) = -11
4x +3 - 6 5 x = -11
14 5 x +3 = -11 |⋅ 5
5( 14 5 x +3 ) = -55
14x +15 = -55 | -15
14x = -70 |:14
x = -5

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 1 - 2 5 ( -5 )

= 1 +2

= 3

also

y = 3

Die Lösung des LGS ist damit: (-5|3)

LGS Anwendungen

Beispiel:

Carola war 2 Stunden wandern. Danach hat sie 4 Schokobonbons gegessen. Als sie diese Werte in ihre Fitness-App einträgt, meldet diese, dass sie durch beide Aktionen zusammen 160 kcal Energie verbraucht hätte. Am Tag zuvor war sie 3 Stunden wandern und hat 3 Schokobonbons gegessen, wofür ihre Fitness-App einen Ernergieverbrauch von 345 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 -4y = 160 (I) 3x -3y = 345 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x -4y = 160
-4y +2x = 160 | -2x
-4y = 160 -2x |:(-4 )
y = -40 + 1 2 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -40 + 1 2 x ) (I) 3x -3y = 345 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -40 + 1 2 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

3x -3 · ( -40 + 1 2 x ) = 345
3x +120 - 3 2 x = 345
3 2 x +120 = 345 |⋅ 2
2( 3 2 x +120 ) = 690
3x +240 = 690 | -240
3x = 450 |:3
x = 150

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -40 + 1 2 150

= -40 +75

= 35

also

y = 35

Die Lösung des LGS ist damit: (150|35)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

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

kcal eines Schokobonbons (y-Wert): 35

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(1|6) und B(3|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|6): 6 = 12 + b⋅1 +c

B(3|22): 22 = 32 + b⋅3 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
6 = 1 +1b +c |-1
22 = 9 +3b +c |-9


5 = 1b +c
13 = 3b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = 5 (I) 3b +c = 13 (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:

3b + c = 13
c +3b = 13 | -3b
c = 13 -3b

Als neues LGS erhält man so:

b +c = 5 (I) +c = ( 13 -3b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( 13 -3b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

b + 1 · ( 13 -3b ) = 5
b +13 -3b = 5
-2b +13 = 5 | -13
-2b = -8 |:(-2 )
b = 4

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 13 -34

= 13 -12

= 1

also

c = 1

Die Lösung des LGS ist damit: (4|1)

Jetzt können wir b=4 und c=1 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +4x +1

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|-3) und B(-4|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 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(-4|6): 6 = ( - 4 )2 + b⋅( - 4 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-3 = 1 -1b +c |-1
6 = 16 -4b +c |-16


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

-4b + c = -10
c -4b = -10 | +4b
c = -10 +4b

Als neues LGS erhält man so:

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

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( -10 +4b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

-b + 1 · ( -10 +4b ) = -4
-b -10 +4b = -4
3b -10 = -4 | +10
3b = 6 |:3
b = 2

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -10 +42

= -10 +8

= -2

also

c = -2

Die Lösung des LGS ist damit: (2|-2)

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

y= x 2 +2x -2

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 +2x -2

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 -2

= ( x +1 ) 2 -1 -2

= ( x +1 ) 2 -3

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-1|-3).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 +2x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 +2x -2 nur um -2 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 ) -2 = 1 -2 -2 = -3

also: S(-1|-3).