Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 5x + y = 27 .

Bestimme x so, dass (x|-3) eine Lösung dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Man setzt einfach y = -3 in die Gleichung ein und erhält:

5x + ( -3 ) = 27

Jetzt kann man die Gleichung nach x auflösen:

5x + ( -3 ) = 27
5x -3 = 27 | +3
5x = 30 |:5
x = 6

Die Lösung ist somit: (6|-3)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -4x +5y = -39 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (1|-7)
denn -4⋅1 +5⋅( - 7 ) = -4 -35 = -39

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (6|-3)
denn -4⋅6 +5⋅( - 3 ) = -24 -15 = -39

Oder : (-4|-11)
denn -4⋅( - 4 ) +5⋅( - 11 ) = 16 -55 = -39

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

Lösung einblenden
-x +y = -6 (I) +4y = -4 (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 = -4 |:4
y = -1

Als neues LGS erhält man so:

-x +y = -6 (I) +y = -1 (II)

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

-x + 1 · ( -1 ) = -6
-x -1 = -6 | +1
-x = -5 |:(-1 )
x = 5

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

Die Lösung des LGS ist damit: (5|-1)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-x -4y = 15 (I) x -2y = 15 (II)

Lösung einblenden
-x -4y = 15 (I) x -2y = 15 (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 = 15 | +2y
x = 15 +2y

Als neues LGS erhält man so:

-x -4y = 15 (I) x = ( 15 +2y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( 15 +2y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

-1 · ( 15 +2y ) -4y = 15
-15 -2y -4y = 15
-6y -15 = 15 | +15
-6y = 30 |:(-6 )
y = -5

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 15 +2⋅( -5 )

= 15 -10

= 5

also

x = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (5|-5)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

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

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

-4x -5y = 9
-5y -4x = 9 | +4x
-5y = 9 +4x |:(-5 )
y = - 9 5 - 4 5 x

Als neues LGS erhält man so:

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

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( - 9 5 - 4 5 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

4x + 4 · ( - 9 5 - 4 5 x ) = -4
4x - 36 5 - 16 5 x = -4
4 5 x - 36 5 = -4 |⋅ 5
5( 4 5 x - 36 5 ) = -20
4x -36 = -20 | +36
4x = 16 |:4
x = 4

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = - 9 5 - 4 5 ⋅4

= - 9 5 - 16 5

= -5

also

y = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (4|-5)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-3x -2( 7 + y) = -y (I)
x +3y = -2( 2x +17 )+4y (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 -2( 7 + y) = -y (I)
x +3y = -2( 2x +17 )+4y (II)
-3x -14 -2y = -y | + 14 + y (I)
x +3y = -4x -34 +4y | + 4x -4y (II)
-3x -y = 14 (I) 5x -y = -34 (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 = -34
-y +5x = -34 | -5x
-y = -34 -5x |:(-1 )
y = 34 +5x

Als neues LGS erhält man so:

-3x -y = 14 (I) +y = ( 34 +5x ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das y durch ( 34 +5x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

-3x -1 · ( 34 +5x ) = 14
-3x -34 -5x = 14
-8x -34 = 14 | +34
-8x = 48 |:(-8 )
x = -6

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 34 +5⋅( -6 )

= 34 -30

= 4

also

y = 4

Die Lösung des LGS ist damit: (-6|4)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = 1 und y = -1 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 -5y = ?

-2x -5y = ?

Jetzt muss man einfach die Lösungen x = 1 und y = -1 einsetzen und ausrechnen:

-5x -5y = -5 +5 = 0

-2x -5y = -2 +5 = 3

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

-5x -5y = 0

-2x -5y = 3

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

5x -3y = 17 (I) 4x +4y = 20 (II)

Lösung einblenden
5x -3y = 17 (I) 4x +4y = 20 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

5x -3y = 17
-3y +5x = 17 | -5x
-3y = 17 -5x |:(-3 )
y = - 17 3 + 5 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( - 17 3 + 5 3 x ) (I) 4x +4y = 20 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( - 17 3 + 5 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

4x + 4 · ( - 17 3 + 5 3 x ) = 20
4x - 68 3 + 20 3 x = 20
32 3 x - 68 3 = 20 |⋅ 3
3( 32 3 x - 68 3 ) = 60
32x -68 = 60 | +68
32x = 128 |:32
x = 4

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = - 17 3 + 5 3 ⋅4

= - 17 3 + 20 3

= 1

also

y = 1

Die Lösung des LGS ist damit: (4|1)

LGS Anwendungen

Beispiel:

In einem Raum brennen 6 LED-Leuchtmittel gleichen Typs und 2 baugleiche Halogenleuchten. Insgesamt verbrauchen alle Lichter in diesem Raum 72 Watt. In einem anderen Raum verbrauchen 5 LED-Leuchtmittel und 9 Halogenleuchten zusammen 280 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:

6x +2y = 72 (I) 5x +9y = 280 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

6x +2y = 72
2y +6x = 72 | -6x
2y = 72 -6x |:2
y = 36 -3x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 36 -3x ) (I) 5x +9y = 280 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 36 -3x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

5x + 9 · ( 36 -3x ) = 280
5x +324 -27x = 280
-22x +324 = 280 | -324
-22x = -44 |:(-22 )
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 36 -3⋅2

= 36 -6

= 30

also

y = 30

Die Lösung des LGS ist damit: (2|30)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

Stromverbrauch einer LED (x-Wert): 2

Stromverbrauch einer Halogenlampe (y-Wert): 30

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(1|-4) und B(2|-9) 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|-4): -4 = 12 + b⋅1 +c

B(2|-9): -9 = 22 + b⋅2 +c

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


-5 = 1b +c
-13 = 2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = -5 (I) 2b +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:

2b + c = -13
c +2b = -13 | -2b
c = -13 -2b

Als neues LGS erhält man so:

b +c = -5 (I) +c = ( -13 -2b ) (II)

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

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

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -13 -2⋅( -8 )

= -13 +16

= 3

also

c = 3

Die Lösung des LGS ist damit: (-8|3)

Jetzt können wir b=-8 und c=3 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 -8x +3

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|-8) und B(1|0) 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|-8): -8 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(1|0): 0 = 12 + b⋅1 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-8 = 1 -1b +c |-1
0 = 1 +1b +c |-1


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

Als neues LGS erhält man so:

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

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

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

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -1 - 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

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 +4x -5

Man erweitert die ersten beiden Summanden ( x 2 +4x ) zu einem 'binomischen Formel'-Term. Dazu teilt man die 4x durch 2x und quadriert diese Ergebnis 2 zu 4. Diese 4 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 4, die man an 3. Stelle eingefügt hat, danach auch wieder abziehen.

= x 2 +4x +4 -4 -5

= ( x +2 ) 2 -4 -5

= ( x +2 ) 2 -9

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-2|-9).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 +4x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 +4x -5 nur um -5 nach oben/unten verschoben. Das heißt beide Parabeln haben ihren Scheitel an der gleichen x-Stelle.

Von x 2 +4x können wir aber über Ausklammern und den Satz vom Nullprodukt sehr leicht die Nullstellen bestimmen.

x 2 +4x = 0
x · ( x +4 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x +4 = 0 | -4
x2 = -4

Aus Symmetriegründen muss der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen, also S(-2|y).

y = ( -2 ) 2 +4⋅( -2 ) -5 = 4 -8 -5 = -9

also: S(-2|-9).