Aufgabenbeispiele von LGS

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 2x + y = -15 .

Bestimme y so, dass (-6|y) eine Lösung dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Man setzt einfach x = -6 in die Gleichung ein und erhält:

2( -6 ) + y = -15

Jetzt kann man die Gleichung nach y auflösen:

2( -6 ) + y = -15
-12 + y = -15
y -12 = -15 | +12
y = -3

Die Lösung ist somit: (-6|-3)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 5x -3y = 20 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (7|5)
denn 5⋅7 -35 = 35 -15 = 20

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (4|0)
denn 5⋅4 -30 = 20 +0 = 20

Oder : (10|10)
denn 5⋅10 -310 = 50 -30 = 20

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

3x +2y = 6 (I) -3y = 18 (II)

Lösung einblenden
3x +2y = 6 (I) -3y = 18 (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 = 18 |:(-3 )
y = -6

Als neues LGS erhält man so:

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

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

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

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

Die Lösung des LGS ist damit: (6|-6)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

4x +y = -17 (I) -4x -2y = 14 (II)

Lösung einblenden
4x +y = -17 (I) -4x -2y = 14 (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:

4x + y = -17
y +4x = -17 | -4x
y = -17 -4x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -17 -4x ) (I) -4x -2y = 14 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -17 -4x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

-4x -2 · ( -17 -4x ) = 14
-4x +34 +8x = 14
4x +34 = 14 | -34
4x = -20 |:4
x = -5

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -17 -4( -5 )

= -17 +20

= 3

also

y = 3

Die Lösung des LGS ist damit: (-5|3)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-2x -3y = -10 (I) -5x +5y = 50 (II)

Lösung einblenden
-2x -3y = -10 (I) -5x +5y = 50 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

-2x -3y = -10
-3y -2x = -10 | +2x
-3y = -10 +2x |:(-3 )
y = 10 3 - 2 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 10 3 - 2 3 x ) (I) -5x +5y = 50 (II)

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

-5x + 5 · ( 10 3 - 2 3 x ) = 50
-5x + 50 3 - 10 3 x = 50
- 25 3 x + 50 3 = 50 |⋅ 3
3( - 25 3 x + 50 3 ) = 150
-25x +50 = 150 | -50
-25x = 100 |:(-25 )
x = -4

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 10 3 - 2 3 ( -4 )

= 10 3 + 8 3

= 6

also

y = 6

Die Lösung des LGS ist damit: (-4|6)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-2( x +9 )+3y = -1 (I)
x +2( 7 - y) = 3 (II)

Lösung einblenden

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

-2( x +9 )+3y = -1 (I)
x +2( 7 - y) = 3 (II)
-2x -18 +3y = -1 | + 18 (I)
x +14 -2y = 3 | -14 (II)
-2x +3y = 17 (I) x -2y = -11 (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 = -11 | +2y
x = -11 +2y

Als neues LGS erhält man so:

-2x +3y = 17 (I) x = ( -11 +2y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( -11 +2y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

-2 · ( -11 +2y ) +3y = 17
22 -4y +3y = 17
-y +22 = 17 | -22
-y = -5 |:(-1 )
y = 5

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = -11 +25

= -11 +10

= -1

also

x = -1

Die Lösung des LGS ist damit: (-1|5)

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.:

-4x -3y = ?

-3x +1y = ?

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

-4x -3y = 16 -9 = 7

-3x +1y = 12 +3 = 15

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

-4x -3y = 7

-3x +1y = 15

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

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

Lösung einblenden
-2x +6y = -2 (I) x -3y = 1 (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 -3y = 1 | +3y
x = 1 +3y

Als neues LGS erhält man so:

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

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

-2 · ( 1 +3y ) +6y = -2
-2 -6y +6y = -2
-2 = -2 | +2
0 = 0

Diese Gleichung hat unendlich viele Lösungen!

Diese Gleichung ist für jeden Wert von y gültig. Die Lösungsmenge der Gleichung und die des LGS sind also unendlich groß.

LGS Anwendungen

Beispiel:

Carola war 2 Stunden wandern. Danach hat sie 3 Schokobonbons gegessen. Als sie diese Werte in ihre Fitness-App einträgt, meldet diese, dass sie durch beide Aktionen zusammen 210 kcal Energie verbraucht hätte. Am Tag zuvor war sie 2 Stunden wandern und hat 2 Schokobonbons gegessen, wofür ihre Fitness-App einen Ernergieverbrauch von 240 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 -3y = 210 (I) 2x -2y = 240 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x -3y = 210
-3y +2x = 210 | -2x
-3y = 210 -2x |:(-3 )
y = -70 + 2 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -70 + 2 3 x ) (I) 2x -2y = 240 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -70 + 2 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

2x -2 · ( -70 + 2 3 x ) = 240
2x +140 - 4 3 x = 240
2 3 x +140 = 240 |⋅ 3
3( 2 3 x +140 ) = 720
2x +420 = 720 | -420
2x = 300 |:2
x = 150

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -70 + 2 3 150

= -70 +100

= 30

also

y = 30

Die Lösung des LGS ist damit: (150|30)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

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

kcal eines Schokobonbons (y-Wert): 30

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|-5) und B(1|15) 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|-5): -5 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(1|15): 15 = 12 + b⋅1 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-5 = 1 -1b +c |-1
15 = 1 +1b +c |-1


-6 = -1b +c
14 = 1b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = -6 (I) b +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:

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

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = -6 (I) +c = ( 14 - b ) (II)

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

-b + 1 · ( 14 - b ) = -6
-b +14 - b = -6
-2b +14 = -6 | -14
-2b = -20 |:(-2 )
b = 10

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 14 - 10

= 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

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|5) und B(-3|25) 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|5): 5 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(-3|25): 25 = ( - 3 )2 + b⋅( - 3 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
5 = 1 -1b +c |-1
25 = 9 -3b +c |-9


4 = -1b +c
16 = -3b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = 4 (I) -3b +c = 16 (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 = 16
c -3b = 16 | +3b
c = 16 +3b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = 4 (I) +c = ( 16 +3b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( 16 +3b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

-b + 1 · ( 16 +3b ) = 4
-b +16 +3b = 4
2b +16 = 4 | -16
2b = -12 |:2
b = -6

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 16 +3( -6 )

= 16 -18

= -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 -11

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(3|-11).


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 = -11

also: S(3|-11).