Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 2x +3y = 8 .

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

Lösung einblenden

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

24 +3y = 8

Jetzt kann man die Gleichung nach y auflösen:

24 +3y = 8
8 +3y = 8
3y +8 = 8 | -8
3y = 0 |:3
y = 0

Die Lösung ist somit: (4|0)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 5x +2y = -1 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (1|-3)
denn 5⋅1 +2( - 3 ) = 5 -6 = -1

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (3|-8)
denn 5⋅3 +2( - 8 ) = 15 -16 = -1

Oder : (-1|2)
denn 5⋅( - 1 ) +22 = -5 +4 = -1

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

x = 6 (I) -x -4y = 14 (II)

Lösung einblenden

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

x = 6


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

-1 · 6 -4y = 14
-6 -4y = 14
-4y -6 = 14 | +6
-4y = 20 |:(-4 )
y = -5

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

Die Lösung des LGS ist damit: (6|-5)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

x +4y = -21 (I) x +5y = -26 (II)

Lösung einblenden
x +4y = -21 (I) x +5y = -26 (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 = -26 | -5y
x = -26 -5y

Als neues LGS erhält man so:

x +4y = -21 (I) x = ( -26 -5y ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das x durch ( -26 -5y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

1 · ( -26 -5y ) +4y = -21
-26 -5y +4y = -21
-y -26 = -21 | +26
-y = 5 |:(-1 )
y = -5

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = -26 -5( -5 )

= -26 +25

= -1

also

x = -1

Die Lösung des LGS ist damit: (-1|-5)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

3x +3y = -9 (I) 2x -2y = 14 (II)

Lösung einblenden
3x +3y = -9 (I) 2x -2y = 14 (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) 2x -2y = 14 (II)

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

2x -2 · ( -3 - x ) = 14
2x +6 +2x = 14
4x +6 = 14 | -6
4x = 8 |:4
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = -3 - 2

= -5

also

y = -5

Die Lösung des LGS ist damit: (2|-5)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-5x +14 = 2y (I)
2 = -x +2y (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 +14 = 2y | -14 -2y (I)
2 = -x +2y | -2 + x -2y (II)
-5x -2y = -14 (I) x -2y = -2 (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 = -2 | +2y
x = -2 +2y

Als neues LGS erhält man so:

-5x -2y = -14 (I) x = ( -2 +2y ) (II)

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

-5 · ( -2 +2y ) -2y = -14
10 -10y -2y = -14
-12y +10 = -14 | -10
-12y = -24 |:(-12 )
y = 2

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = -2 +22

= -2 +4

= 2

also

x = 2

Die Lösung des LGS ist damit: (2|2)

LGS zu Lösungen finden

Beispiel:

Finde ein lineares Gleichungssystem, bei dem x = -2 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 +2y = ?

3x -1y = ?

Jetzt muss man einfach die Lösungen x = -2 und y = 4 einsetzen und ausrechnen:

5x +2y = -10 +8 = -2

3x -1y = -6 -4 = -10

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

5x +2y = -2

3x -1y = -10

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

2x -5y = -22 (I) -x -3y = 0 (II)

Lösung einblenden
2x -5y = -22 (I) -x -3y = 0 (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 = 0 | +3y
-x = 3y |:(-1 )
x = -3y

Als neues LGS erhält man so:

2x -5y = -22 (I) x = -3 y (II)

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

2 · ( -3y ) -5y = -22
-6y -5y = -22
-11y = -22 |:(-11 )
y = 2

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = -32

= -6

also

x = -6

Die Lösung des LGS ist damit: (-6|2)

LGS Anwendungen

Beispiel:

In einem Raum brennen 2 LED-Leuchtmittel gleichen Typs und 6 baugleiche Halogenleuchten. Insgesamt verbrauchen alle Lichter in diesem Raum 184 Watt. In einem anderen Raum verbrauchen 2 LED-Leuchtmittel und 3 Halogenleuchten zusammen 94 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:

2x +6y = 184 (I) 2x +3y = 94 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

2x +6y = 184
6y +2x = 184 | -2x
6y = 184 -2x |:6
y = 92 3 - 1 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 92 3 - 1 3 x ) (I) 2x +3y = 94 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( 92 3 - 1 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

2x + 3 · ( 92 3 - 1 3 x ) = 94
2x +92 - x = 94
x +92 = 94 | -92
x = 2

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 92 3 - 1 3 2

= 92 3 - 2 3

= 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|7) und B(2|-20) 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|7): 7 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(2|-20): -20 = 22 + b⋅2 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
7 = 1 -1b +c |-1
-20 = 4 +2b +c |-4


6 = -1b +c
-24 = 2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = 6 (I) 2b +c = -24 (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 = -24
c +2b = -24 | -2b
c = -24 -2b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = 6 (I) +c = ( -24 -2b ) (II)

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

-b + 1 · ( -24 -2b ) = 6
-b -24 -2b = 6
-3b -24 = 6 | +24
-3b = 30 |:(-3 )
b = -10

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -24 -2( -10 )

= -24 +20

= -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|-8) und B(2|13) 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|-8): -8 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(2|13): 13 = 22 + b⋅2 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-8 = 1 -1b +c |-1
13 = 4 +2b +c |-4


-9 = -1b +c
9 = 2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = -9 (I) 2b +c = 9 (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 = 9
c +2b = 9 | -2b
c = 9 -2b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = -9 (I) +c = ( 9 -2b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( 9 -2b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

-b + 1 · ( 9 -2b ) = -9
-b +9 -2b = -9
-3b +9 = -9 | -9
-3b = -18 |:(-3 )
b = 6

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 9 -26

= 9 -12

= -3

also

c = -3

Die Lösung des LGS ist damit: (6|-3)

Jetzt können wir b=6 und c=-3 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +6x -3

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 +6x -3

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 -3

= ( x +3 ) 2 -9 -3

= ( x +3 ) 2 -12

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-3|-12).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 +6x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 +6x -3 nur um -3 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 ) -3 = 9 -18 -3 = -12

also: S(-3|-12).