Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: x +5y = -24 .

Bestimme x so, dass (x|-4) eine Lösung dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Man setzt einfach y = -4 in die Gleichung ein und erhält:

x +5( -4 ) = -24

Jetzt kann man die Gleichung nach x auflösen:

x +5( -4 ) = -24
x -20 = -24 | +20
x = -4

Die Lösung ist somit: (-4|-4)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 5x +4y = 42 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (6|3)
denn 5⋅6 +43 = 30 +12 = 42

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (10|-2)
denn 5⋅10 +4( - 2 ) = 50 -8 = 42

Oder : (2|8)
denn 5⋅2 +48 = 10 +32 = 42

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

x = 3 (I) x -4y = -5 (II)

Lösung einblenden

Man erkennt, dass in der 1. Gleichung ja schon das x gegeben ist.

x = 3


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

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

Somit haben wir eine Lösung für y.

Für x haben wir die Lösung ja oben schon erhalten: x = 3

Die Lösung des LGS ist damit: (3|2)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

x +3y = 13 (I) 4x +2y = -8 (II)

Lösung einblenden
x +3y = 13 (I) 4x +2y = -8 (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 = 13 | -3y
x = 13 -3y

Als neues LGS erhält man so:

x = ( 13 -3y ) (I) 4x +2y = -8 (II)

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

4 · ( 13 -3y ) +2y = -8
52 -12y +2y = -8
-10y +52 = -8 | -52
-10y = -60 |:(-10 )
y = 6

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 13 -36

= 13 -18

= -5

also

x = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (-5|6)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

4x +3y = 6 (I) 4x -3y = -30 (II)

Lösung einblenden
4x +3y = 6 (I) 4x -3y = -30 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

4x +3y = 6
3y +4x = 6 | -4x
3y = 6 -4x |:3
y = 2 - 4 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 2 - 4 3 x ) (I) 4x -3y = -30 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 2 - 4 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

4x -3 · ( 2 - 4 3 x ) = -30
4x -6 +4x = -30
8x -6 = -30 | +6
8x = -24 |:8
x = -3

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 2 - 4 3 ( -3 )

= 2 +4

= 6

also

y = 6

Die Lösung des LGS ist damit: (-3|6)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-5x -4 = 2( -2x +1 )-5y (I)
5x -4y = 26 -7y (II)

Lösung einblenden

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

-5x -4 = 2( -2x +1 )-5y (I)
5x -4y = 26 -7y (II)
-5x -4 = -4x +2 -5y | + 4 +4x +5y (I)
5x -4y = 26 -7y | + 7y (II)
-x +5y = 6 (I) 5x +3y = 26 (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 +5y = 6 | -5y
-x = 6 -5y |:(-1 )
x = -6 +5y

Als neues LGS erhält man so:

x = ( -6 +5y ) (I) 5x +3y = 26 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das x durch ( -6 +5y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

5 · ( -6 +5y ) +3y = 26
-30 +25y +3y = 26
28y -30 = 26 | +30
28y = 56 |:28
y = 2

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = -6 +52

= -6 +10

= 4

also

x = 4

Die Lösung des LGS ist damit: (4|2)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

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

6x -16y = ?

Jetzt muss man einfach die Lösungen x = 5 und y = 3 einsetzen und ausrechnen:

2x -5y = 10 -15 = -5

6x -16y = 30 -48 = -18

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

2x -5y = -5

6x -16y = -18

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

3x +5y = 15 (I) 2x -5y = -15 (II)

Lösung einblenden
3x +5y = 15 (I) 2x -5y = -15 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

3x +5y = 15
5y +3x = 15 | -3x
5y = 15 -3x |:5
y = 3 - 3 5 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 3 - 3 5 x ) (I) 2x -5y = -15 (II)

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

2x -5 · ( 3 - 3 5 x ) = -15
2x -15 +3x = -15
5x -15 = -15 | +15
5x = 0 |:5
x = 0

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 3 - 3 5 0

= 3 +0

= 3

also

y = 3

Die Lösung des LGS ist damit: (0|3)

LGS Anwendungen

Beispiel:

Carola war 7 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 1950 kcal Energie verbraucht hätte. Am Tag zuvor war sie 2 Stunden wandern und hat 2 Schokobonbons gegessen, wofür ihre Fitness-App einen Ernergieverbrauch von 500 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:

7x -3y = 1950 (I) 2x -2y = 500 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

7x -3y = 1950
-3y +7x = 1950 | -7x
-3y = 1950 -7x |:(-3 )
y = -650 + 7 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -650 + 7 3 x ) (I) 2x -2y = 500 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -650 + 7 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

2x -2 · ( -650 + 7 3 x ) = 500
2x +1300 - 14 3 x = 500
- 8 3 x +1300 = 500 |⋅ 3
3( - 8 3 x +1300 ) = 1500
-8x +3900 = 1500 | -3900
-8x = -2400 |:(-8 )
x = 300

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -650 + 7 3 300

= -650 +700

= 50

also

y = 50

Die Lösung des LGS ist damit: (300|50)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

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

kcal eines Schokobonbons (y-Wert): 50

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|-2) und B(2|25) 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(2|25): 25 = 22 + b⋅2 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-2 = 1 -1b +c |-1
25 = 4 +2b +c |-4


-3 = -1b +c
21 = 2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = -3 (I) 2b +c = 21 (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 = 21
c +2b = 21 | -2b
c = 21 -2b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = -3 (I) +c = ( 21 -2b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( 21 -2b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

-b + 1 · ( 21 -2b ) = -3
-b +21 -2b = -3
-3b +21 = -3 | -21
-3b = -24 |:(-3 )
b = 8

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 21 -28

= 21 -16

= 5

also

c = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (8|5)

Jetzt können wir b=8 und c=5 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +8x +5

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(1|14) und B(-2|-7) 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|14): 14 = 12 + b⋅1 +c

B(-2|-7): -7 = ( - 2 )2 + b⋅( - 2 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
14 = 1 +1b +c |-1
-7 = 4 -2b +c |-4


13 = 1b +c
-11 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = 13 (I) -2b +c = -11 (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 = -11
c -2b = -11 | +2b
c = -11 +2b

Als neues LGS erhält man so:

b +c = 13 (I) +c = ( -11 +2b ) (II)

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

b + 1 · ( -11 +2b ) = 13
b -11 +2b = 13
3b -11 = 13 | +11
3b = 24 |:3
b = 8

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -11 +28

= -11 +16

= 5

also

c = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (8|5)

Jetzt können wir b=8 und c=5 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +8x +5

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 +8x +5

Man erweitert die ersten beiden Summanden ( x 2 +8x ) zu einem 'binomischen Formel'-Term. Dazu teilt man die 8x durch 2x und quadriert diese Ergebnis 4 zu 16. Diese 16 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 16, die man an 3. Stelle eingefügt hat, danach auch wieder abziehen.

= x 2 +8x +16 -16 +5

= ( x +4 ) 2 -16 +5

= ( x +4 ) 2 -11

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-4|-11).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 +8x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 +8x +5 nur um 5 nach oben/unten verschoben. Das heißt beide Parabeln haben ihren Scheitel an der gleichen x-Stelle.

Von x 2 +8x können wir aber über Ausklammern und den Satz vom Nullprodukt sehr leicht die Nullstellen bestimmen.

x 2 +8x = 0
x · ( x +8 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x +8 = 0 | -8
x2 = -8

Aus Symmetriegründen muss der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen, also S(-4|y).

y = ( -4 ) 2 +8( -4 ) +5 = 16 -32 +5 = -11

also: S(-4|-11).