Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 3x -3y = 24 .

Bestimme y so, dass (1|y) eine Lösung dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Man setzt einfach x = 1 in die Gleichung ein und erhält:

31 -3y = 24

Jetzt kann man die Gleichung nach y auflösen:

31 -3y = 24
3 -3y = 24
-3y +3 = 24 | -3
-3y = 21 |:(-3 )
y = -7

Die Lösung ist somit: (1|-7)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 3x +2y = 6 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (6|-6)
denn 3⋅6 +2( - 6 ) = 18 -12 = 6

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (8|-9)
denn 3⋅8 +2( - 9 ) = 24 -18 = 6

Oder : (4|-3)
denn 3⋅4 +2( - 3 ) = 12 -6 = 6

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-3x +y = -20 (I) x = 6 (II)

Lösung einblenden

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

x = 6


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

-3 · 6 + y = -20
-18 + y = -20
y -18 = -20 | +18
y = -2

Somit haben wir eine Lösung für y.

Für x haben wir die Lösung ja oben schon erhalten: x = 6

Die Lösung des LGS ist damit: (6|-2)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

3x -3y = -12 (I) -4x +y = -2 (II)

Lösung einblenden
3x -3y = -12 (I) -4x +y = -2 (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:

-4x + y = -2
y -4x = -2 | +4x
y = -2 +4x

Als neues LGS erhält man so:

3x -3y = -12 (I) +y = ( -2 +4x ) (II)

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

3x -3 · ( -2 +4x ) = -12
3x +6 -12x = -12
-9x +6 = -12 | -6
-9x = -18 |:(-9 )
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -2 +42

= -2 +8

= 6

also

y = 6

Die Lösung des LGS ist damit: (2|6)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

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

Als neues LGS erhält man so:

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

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

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

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = -2 +31

= -2 +3

= 1

also

x = 1

Die Lösung des LGS ist damit: (1|1)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

5( x -1 )+5y = 0 (I)
x = 2( 1 - 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:

5( x -1 )+5y = 0 (I)
x = 2( 1 - y) (II)
5x -5 +5y = 0 | + 5 (I)
x = 2 -2y | + 2y (II)
5x +5y = 5 (I) x +2y = 2 (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 +2y = 2 | -2y
x = 2 -2y

Als neues LGS erhält man so:

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

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

5 · ( 2 -2y ) +5y = 5
10 -10y +5y = 5
-5y +10 = 5 | -10
-5y = -5 |:(-5 )
y = 1

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 2 -21

= 2 -2

= 0

also

x = 0

Die Lösung des LGS ist damit: (0|1)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = 5 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.:

-5x -4y = ?

-8x -7y = ?

Jetzt muss man einfach die Lösungen x = 5 und y = 4 einsetzen und ausrechnen:

-5x -4y = -25 -16 = -41

-8x -7y = -40 -28 = -68

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

-5x -4y = -41

-8x -7y = -68

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

2x +5y = -19 (I) 2x +3y = -9 (II)

Lösung einblenden
2x +5y = -19 (I) 2x +3y = -9 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x +5y = -19
5y +2x = -19 | -2x
5y = -19 -2x |:5
y = - 19 5 - 2 5 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( - 19 5 - 2 5 x ) (I) 2x +3y = -9 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( - 19 5 - 2 5 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

2x + 3 · ( - 19 5 - 2 5 x ) = -9
2x - 57 5 - 6 5 x = -9
4 5 x - 57 5 = -9 |⋅ 5
5( 4 5 x - 57 5 ) = -45
4x -57 = -45 | +57
4x = 12 |:4
x = 3

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = - 19 5 - 2 5 3

= - 19 5 - 6 5

= -5

also

y = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (3|-5)

LGS Anwendungen

Beispiel:

In einem Raum brennen 8 LED-Leuchtmittel gleichen Typs und 7 baugleiche Halogenleuchten. Insgesamt verbrauchen alle Lichter in diesem Raum 183 Watt. In einem anderen Raum verbrauchen 5 LED-Leuchtmittel und 5 Halogenleuchten zusammen 130 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 +7y = 183 (I) 5x +5y = 130 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

8x +7y = 183
7y +8x = 183 | -8x
7y = 183 -8x |:7
y = 183 7 - 8 7 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 183 7 - 8 7 x ) (I) 5x +5y = 130 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 183 7 - 8 7 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

5x + 5 · ( 183 7 - 8 7 x ) = 130
5x + 915 7 - 40 7 x = 130
- 5 7 x + 915 7 = 130 |⋅ 7
7( - 5 7 x + 915 7 ) = 910
-5x +915 = 910 | -915
-5x = -5 |:(-5 )
x = 1

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 183 7 - 8 7 1

= 183 7 - 8 7

= 25

also

y = 25

Die Lösung des LGS ist damit: (1|25)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

Stromverbrauch einer LED (x-Wert): 1

Stromverbrauch einer Halogenlampe (y-Wert): 25

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|2) und B(1|10) 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|2): 2 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(1|10): 10 = 12 + b⋅1 +c

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


1 = -1b +c
9 = 1b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = 1 (I) b +c = 9 (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 = 9
c + b = 9 | - b
c = 9 - b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = 1 (I) +c = ( 9 - b ) (II)

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

-b + 1 · ( 9 - b ) = 1
-b +9 - b = 1
-2b +9 = 1 | -9
-2b = -8 |:(-2 )
b = 4

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 9 - 4

= 5

also

c = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (4|5)

Jetzt können wir b=4 und c=5 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +4x +5

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

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

B(-2|-4): -4 = ( - 2 )2 + b⋅( - 2 ) +c

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


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

Als neues LGS erhält man so:

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

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( -8 +2b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

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

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -8 +26

= -8 +12

= 4

also

c = 4

Die Lösung des LGS ist damit: (6|4)

Jetzt können wir b=6 und c=4 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +6x +4

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 +6x +4

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 +4

= ( x +3 ) 2 -9 +4

= ( x +3 ) 2 -5

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-3|-5).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 +6x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 +6x +4 nur um 4 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 +6( -3 ) +4 = 9 -18 +4 = -5

also: S(-3|-5).