Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

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

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

Lösung einblenden

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

-3x + ( -5 ) = -5

Jetzt kann man die Gleichung nach x auflösen:

-3x + ( -5 ) = -5
-3x -5 = -5 | +5
-3x = 0 |:(-3 )
x = 0

Die Lösung ist somit: (0|-5)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -4x -3y = 21 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (-3|-3)
denn -4⋅( - 3 ) -3( - 3 ) = 12 +9 = 21

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (-6|1)
denn -4⋅( - 6 ) -31 = 24 -3 = 21

Oder : (0|-7)
denn -4⋅0 -3( - 7 ) = 0 +21 = 21

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

4x -4y = 12 (I) +3y = 9 (II)

Lösung einblenden
4x -4y = 12 (I) +3y = 9 (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 = 9 |:3
y = 3

Als neues LGS erhält man so:

4x -4y = 12 (I) +y = 3 (II)

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

4x -4 · 3 = 12
4x -12 = 12 | +12
4x = 24 |:4
x = 6

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

Die Lösung des LGS ist damit: (6|3)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

4x +y = -6 (I) 3x -2y = -10 (II)

Lösung einblenden
4x +y = -6 (I) 3x -2y = -10 (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 = -6
y +4x = -6 | -4x
y = -6 -4x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( -6 -4x ) (I) 3x -2y = -10 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( -6 -4x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

3x -2 · ( -6 -4x ) = -10
3x +12 +8x = -10
11x +12 = -10 | -12
11x = -22 |:11
x = -2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -6 -4( -2 )

= -6 +8

= 2

also

y = 2

Die Lösung des LGS ist damit: (-2|2)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

5x -2y = 19 (I) 2x +y = 13 (II)

Lösung einblenden
5x -2y = 19 (I) 2x +y = 13 (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:

2x + y = 13
y +2x = 13 | -2x
y = 13 -2x

Als neues LGS erhält man so:

5x -2y = 19 (I) +y = ( 13 -2x ) (II)

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

5x -2 · ( 13 -2x ) = 19
5x -26 +4x = 19
9x -26 = 19 | +26
9x = 45 |:9
x = 5

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 13 -25

= 13 -10

= 3

also

y = 3

Die Lösung des LGS ist damit: (5|3)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

Lösung einblenden

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

-5y = -2x -3y | + 2x +3y (I)
-4x -3 = -5y | + 3 +5y (II)
2x -2y = 0 (I) -4x +5y = 3 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x -2y = 0
-2y +2x = 0 | -2x
-2y = -2x |:(-2 )
y = x

Als neues LGS erhält man so:

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

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

-4x + 5 · x = 3
-4x +5x = 3
x = 3

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 3

also

y = 3

Die Lösung des LGS ist damit: (3|3)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = 1 und y = 4 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 -4y = ?

2x -5y = ?

Jetzt muss man einfach die Lösungen x = 1 und y = 4 einsetzen und ausrechnen:

5x -4y = 5 -16 = -11

2x -5y = 2 -20 = -18

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

5x -4y = -11

2x -5y = -18

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

2x -5y = 17 (I) 2x -3y = 11 (II)

Lösung einblenden
2x -5y = 17 (I) 2x -3y = 11 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x -5y = 17
-5y +2x = 17 | -2x
-5y = 17 -2x |:(-5 )
y = - 17 5 + 2 5 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( - 17 5 + 2 5 x ) (I) 2x -3y = 11 (II)

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

2x -3 · ( - 17 5 + 2 5 x ) = 11
2x + 51 5 - 6 5 x = 11
4 5 x + 51 5 = 11 |⋅ 5
5( 4 5 x + 51 5 ) = 55
4x +51 = 55 | -51
4x = 4 |:4
x = 1

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = - 17 5 + 2 5 1

= - 17 5 + 2 5

= -3

also

y = -3

Die Lösung des LGS ist damit: (1|-3)

LGS Anwendungen

Beispiel:

In einem Raum brennen 3 LED-Leuchtmittel gleichen Typs und 4 baugleiche Halogenleuchten. Insgesamt verbrauchen alle Lichter in diesem Raum 126 Watt. In einem anderen Raum verbrauchen 8 LED-Leuchtmittel und 8 Halogenleuchten zusammen 256 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:

3x +4y = 126 (I) 8x +8y = 256 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

3x +4y = 126
4y +3x = 126 | -3x
4y = 126 -3x |:4
y = 63 2 - 3 4 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 63 2 - 3 4 x ) (I) 8x +8y = 256 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 63 2 - 3 4 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

8x + 8 · ( 63 2 - 3 4 x ) = 256
8x +252 -6x = 256
2x +252 = 256 | -252
2x = 4 |:2
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 63 2 - 3 4 2

= 63 2 - 3 2

= 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|-10) und B(2|23) 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|-10): -10 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(2|23): 23 = 22 + b⋅2 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-10 = 1 -1b +c |-1
23 = 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|-3) und B(1|9) 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|-3): -3 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(1|9): 9 = 12 + b⋅1 +c

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


-4 = -1b +c
8 = 1b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = -4 (I) b +c = 8 (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 = 8
c + b = 8 | - b
c = 8 - b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = -4 (I) +c = ( 8 - b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( 8 - b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

-b + 1 · ( 8 - b ) = -4
-b +8 - b = -4
-2b +8 = -4 | -8
-2b = -12 |:(-2 )
b = 6

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 8 - 6

= 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 -7

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-3|-7).


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 +6( -3 ) +2 = 9 -18 +2 = -7

also: S(-3|-7).