Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -5x + y = 17 .

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 ) = 17

Jetzt kann man die Gleichung nach x auflösen:

-5x + ( -3 ) = 17
-5x -3 = 17 | +3
-5x = 20 |:(-5 )
x = -4

Die Lösung ist somit: (-4|-3)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -x - y = -1 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (3|-2)
denn -1⋅3 -1( - 2 ) = -3 +2 = -1

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (2|-1)
denn -1⋅2 -1( - 1 ) = -2 +1 = -1

Oder : (4|-3)
denn -1⋅4 -1( - 3 ) = -4 +3 = -1

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

3x -2y = 30 (I) +3y = -18 (II)

Lösung einblenden
3x -2y = 30 (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 = 30 (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 ) = 30
3x +12 = 30 | -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:

x +3y = -1 (I) x -4y = 13 (II)

Lösung einblenden
x +3y = -1 (I) x -4y = 13 (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 = 13 | +4y
x = 13 +4y

Als neues LGS erhält man so:

x +3y = -1 (I) x = ( 13 +4y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( 13 +4y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

1 · ( 13 +4y ) +3y = -1
13 +4y +3y = -1
7y +13 = -1 | -13
7y = -14 |:7
y = -2

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 13 +4( -2 )

= 13 -8

= 5

also

x = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (5|-2)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

Lösung einblenden
-3x +5y = 1 (I) -2x +5y = -1 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

-3x +5y = 1
5y -3x = 1 | +3x
5y = 1 +3x |:5
y = 1 5 + 3 5 x

Als neues LGS erhält man so:

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

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

-2x + 5 · ( 1 5 + 3 5 x ) = -1
-2x +1 +3x = -1
x +1 = -1 | -1
x = -2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 1 5 + 3 5 ( -2 )

= 1 5 - 6 5

= -1

also

y = -1

Die Lösung des LGS ist damit: (-2|-1)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

Als neues LGS erhält man so:

4x -5y = 10 (I) x = ( 10 +5y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( 10 +5y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

4 · ( 10 +5y ) -5y = 10
40 +20y -5y = 10
15y +40 = 10 | -40
15y = -30 |:15
y = -2

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 10 +5( -2 )

= 10 -10

= 0

also

x = 0

Die Lösung des LGS ist damit: (0|-2)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = 5 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 +3y = ?

-2x +2y = ?

Jetzt muss man einfach die Lösungen x = 5 und y = 1 einsetzen und ausrechnen:

-5x +3y = -25 +3 = -22

-2x +2y = -10 +2 = -8

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

-5x +3y = -22

-2x +2y = -8

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

4x -3y = -11 (I) 4x -4y = -8 (II)

Lösung einblenden
4x -3y = -11 (I) 4x -4y = -8 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

4x -3y = -11
-3y +4x = -11 | -4x
-3y = -11 -4x |:(-3 )
y = 11 3 + 4 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 11 3 + 4 3 x ) (I) 4x -4y = -8 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 11 3 + 4 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

4x -4 · ( 11 3 + 4 3 x ) = -8
4x - 44 3 - 16 3 x = -8
- 4 3 x - 44 3 = -8 |⋅ 3
3( - 4 3 x - 44 3 ) = -24
-4x -44 = -24 | +44
-4x = 20 |:(-4 )
x = -5

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 11 3 + 4 3 ( -5 )

= 11 3 - 20 3

= -3

also

y = -3

Die Lösung des LGS ist damit: (-5|-3)

LGS Anwendungen

Beispiel:

Carola war 7 Stunden wandern. Danach hat sie 5 Schokobonbons gegessen. Als sie diese Werte in ihre Fitness-App einträgt, meldet diese, dass sie durch beide Aktionen zusammen 875 kcal Energie verbraucht hätte. Am Tag zuvor war sie 5 Stunden wandern und hat 5 Schokobonbons gegessen, wofür ihre Fitness-App einen Ernergieverbrauch von 575 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 -5y = 875 (I) 5x -5y = 575 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

7x -5y = 875
-5y +7x = 875 | -7x
-5y = 875 -7x |:(-5 )
y = -175 + 7 5 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -175 + 7 5 x ) (I) 5x -5y = 575 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -175 + 7 5 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

5x -5 · ( -175 + 7 5 x ) = 575
5x +875 -7x = 575
-2x +875 = 575 | -875
-2x = -300 |:(-2 )
x = 150

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -175 + 7 5 150

= -175 +210

= 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|11) und B(-2|-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|11): 11 = 12 + b⋅1 +c

B(-2|-10): -10 = ( - 2 )2 + b⋅( - 2 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
11 = 1 +1b +c |-1
-10 = 4 -2b +c |-4


10 = 1b +c
-14 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = 10 (I) -2b +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:

-2b + c = -14
c -2b = -14 | +2b
c = -14 +2b

Als neues LGS erhält man so:

b +c = 10 (I) +c = ( -14 +2b ) (II)

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

b + 1 · ( -14 +2b ) = 10
b -14 +2b = 10
3b -14 = 10 | +14
3b = 24 |:3
b = 8

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -14 +28

= -14 +16

= 2

also

c = 2

Die Lösung des LGS ist damit: (8|2)

Jetzt können wir b=8 und c=2 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +8x +2

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|-5) und B(1|15) 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(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

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 +10x +4

Man erweitert die ersten beiden Summanden ( x 2 +10x ) zu einem 'binomischen Formel'-Term. Dazu teilt man die 10x durch 2x und quadriert diese Ergebnis 5 zu 25. Diese 25 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 25, die man an 3. Stelle eingefügt hat, danach auch wieder abziehen.

= x 2 +10x +25 -25 +4

= ( x +5 ) 2 -25 +4

= ( x +5 ) 2 -21

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-5|-21).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 +10x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 +10x +4 nur um 4 nach oben/unten verschoben. Das heißt beide Parabeln haben ihren Scheitel an der gleichen x-Stelle.

Von x 2 +10x können wir aber über Ausklammern und den Satz vom Nullprodukt sehr leicht die Nullstellen bestimmen.

x 2 +10x = 0
x ( x +10 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x +10 = 0 | -10
x2 = -10

Aus Symmetriegründen muss der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen, also S(-5|y).

y = ( -5 ) 2 +10( -5 ) +4 = 25 -50 +4 = -21

also: S(-5|-21).