Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 2x +4y = -26 .

Bestimme y so, dass (-5|y) eine Lösung dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Man setzt einfach x = -5 in die Gleichung ein und erhält:

2( -5 ) +4y = -26

Jetzt kann man die Gleichung nach y auflösen:

2( -5 ) +4y = -26
-10 +4y = -26
4y -10 = -26 | +10
4y = -16 |:4
y = -4

Die Lösung ist somit: (-5|-4)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: x +4y = -22 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (6|-7)
denn 1⋅6 +4( - 7 ) = 6 -28 = -22

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (10|-8)
denn 1⋅10 +4( - 8 ) = 10 -32 = -22

Oder : (2|-6)
denn 1⋅2 +4( - 6 ) = 2 -24 = -22

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

x = 1 (I) -4x +3y = 2 (II)

Lösung einblenden

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

x = 1


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

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

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

Die Lösung des LGS ist damit: (1|2)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

4x +y = 19 (I) 2x -3y = 27 (II)

Lösung einblenden
4x +y = 19 (I) 2x -3y = 27 (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 = 19
y +4x = 19 | -4x
y = 19 -4x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 19 -4x ) (I) 2x -3y = 27 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 19 -4x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

2x -3 · ( 19 -4x ) = 27
2x -57 +12x = 27
14x -57 = 27 | +57
14x = 84 |:14
x = 6

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 19 -46

= 19 -24

= -5

also

y = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (6|-5)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

3x +3y = 9 (I) 5x -5y = 35 (II)

Lösung einblenden
3x +3y = 9 (I) 5x -5y = 35 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

3x +3y = 9
3y +3x = 9 | -3x
3y = 9 -3x |:3
y = 3 - x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 3 - x ) (I) 5x -5y = 35 (II)

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

5x -5 · ( 3 - x ) = 35
5x -15 +5x = 35
10x -15 = 35 | +15
10x = 50 |:10
x = 5

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 3 - 5

= -2

also

y = -2

Die Lösung des LGS ist damit: (5|-2)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-3( x +1 ) = 2y (I)
-4 = 2( 2x -11 ) - 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:

-3( x +1 ) = 2y (I)
-4 = 2( 2x -11 ) - y (II)
-3x -3 = 2y | + 3 -2y (I)
-4 = 4x -22 - y | + 4 -4x + y (II)
-3x -2y = 3 (I) -4x +y = -18 (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 = -18
y -4x = -18 | +4x
y = -18 +4x

Als neues LGS erhält man so:

-3x -2y = 3 (I) +y = ( -18 +4x ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das y durch ( -18 +4x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

-3x -2 · ( -18 +4x ) = 3
-3x +36 -8x = 3
-11x +36 = 3 | -36
-11x = -33 |:(-11 )
x = 3

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -18 +43

= -18 +12

= -6

also

y = -6

Die Lösung des LGS ist damit: (3|-6)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = 4 und y = -5 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 = ?

3x +6y = ?

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

5x +5y = 20 -25 = -5

3x +6y = 12 -30 = -18

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

5x +5y = -5

3x +6y = -18

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

-5x -y = -7 (I) x -y = 5 (II)

Lösung einblenden
-5x -y = -7 (I) x -y = 5 (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:

x - y = 5
-y + x = 5 | - x
-y = 5 - x |:(-1 )
y = -5 + x

Als neues LGS erhält man so:

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

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

-5x -1 · ( -5 + x ) = -7
-5x +5 - x = -7
-6x +5 = -7 | -5
-6x = -12 |:(-6 )
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -5 +2

= -3

also

y = -3

Die Lösung des LGS ist damit: (2|-3)

LGS Anwendungen

Beispiel:

In einem Raum brennen 8 LED-Leuchtmittel gleichen Typs und 4 baugleiche Halogenleuchten. Insgesamt verbrauchen alle Lichter in diesem Raum 96 Watt. In einem anderen Raum verbrauchen 9 LED-Leuchtmittel und 4 Halogenleuchten zusammen 98 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 +4y = 96 (I) 9x +4y = 98 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

8x +4y = 96
4y +8x = 96 | -8x
4y = 96 -8x |:4
y = 24 -2x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 24 -2x ) (I) 9x +4y = 98 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 24 -2x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

9x + 4 · ( 24 -2x ) = 98
9x +96 -8x = 98
x +96 = 98 | -96
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 24 -22

= 24 -4

= 20

also

y = 20

Die Lösung des LGS ist damit: (2|20)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

Stromverbrauch einer LED (x-Wert): 2

Stromverbrauch einer Halogenlampe (y-Wert): 20

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

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

B(-2|-15): -15 = ( - 2 )2 + b⋅( - 2 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
12 = 1 +1b +c |-1
-15 = 4 -2b +c |-4


11 = 1b +c
-19 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = 11 (I) -2b +c = -19 (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 = -19
c -2b = -19 | +2b
c = -19 +2b

Als neues LGS erhält man so:

b +c = 11 (I) +c = ( -19 +2b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( -19 +2b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

b + 1 · ( -19 +2b ) = 11
b -19 +2b = 11
3b -19 = 11 | +19
3b = 30 |:3
b = 10

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -19 +210

= -19 +20

= 1

also

c = 1

Die Lösung des LGS ist damit: (10|1)

Jetzt können wir b=10 und c=1 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +10x +1

Scheitel aus 2 Punkten bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(1|5) und B(-2|2) 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 = 12 + b⋅1 +c

B(-2|2): 2 = ( - 2 )2 + b⋅( - 2 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
5 = 1 +1b +c |-1
2 = 4 -2b +c |-4


4 = 1b +c
-2 = -2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
b +c = 4 (I) -2b +c = -2 (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 = -2
c -2b = -2 | +2b
c = -2 +2b

Als neues LGS erhält man so:

b +c = 4 (I) +c = ( -2 +2b ) (II)

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

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

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -2 +22

= -2 +4

= 2

also

c = 2

Die Lösung des LGS ist damit: (2|2)

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

y= x 2 +2x +2

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 +2x +2

Man erweitert die ersten beiden Summanden ( x 2 +2x ) zu einem 'binomischen Formel'-Term. Dazu teilt man die 2x durch 2x und quadriert diese Ergebnis 1 zu 1. Diese 1 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 1, die man an 3. Stelle eingefügt hat, danach auch wieder abziehen.

= x 2 +2x +1 -1 +2

= ( x +1 ) 2 -1 +2

= ( x +1 ) 2 +1

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-1|1).


2. Weg

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

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

x 2 +2x = 0
x · ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x2 = -2

Aus Symmetriegründen muss der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen, also S(-1|y).

y = ( -1 ) 2 +2( -1 ) +2 = 1 -2 +2 = 1

also: S(-1|1).