Aufgabenbeispiele von LGS

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Wert zum Einsetzen finden

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: 5x -4y = -58 .

Bestimme x so, dass (x|7) eine Lösung dieser Gleichung ist.

Lösung einblenden

Man setzt einfach y = 7 in die Gleichung ein und erhält:

5x -47 = -58

Jetzt kann man die Gleichung nach x auflösen:

5x -47 = -58
5x -28 = -58 | +28
5x = -30 |:5
x = -6

Die Lösung ist somit: (-6|7)

Wert zum Einsetzen finden (offen)

Beispiel:

Gegeben ist die Gleichung mit 2 Variablen: -3x +5y = -4 .

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

Lösung einblenden

Eine (der unendlich vielen) Lösungen wäre beispielsweise: (3|1)
denn -3⋅3 +51 = -9 +5 = -4

Eine weitere Lösung wäre aber auch: (8|4)
denn -3⋅8 +54 = -24 +20 = -4

Oder : (-2|-2)
denn -3⋅( - 2 ) +5( - 2 ) = 6 -10 = -4

LGS (1 Var. schon aufgelöst)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

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

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

Man erkennt, dass in der 1. Gleichung gar kein x mehr da ist.
Deswegen können wir diese Zeile sehr einfach nach y umstellen:

3y = 15 |:3
y = 5

Als neues LGS erhält man so:

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

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

-2x -1 · 5 = -15
-2x -5 = -15 | +5
-2x = -10 |:(-2 )
x = 5

Somit haben wir eine Lösung für x.

Für y haben wir die Lösung ja oben schon erhalten: y = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (5|5)

LGS (1 Var. ohne Koeff.)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

x +3y = 12 (I) 3x +3y = 6 (II)

Lösung einblenden
x +3y = 12 (I) 3x +3y = 6 (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 = 12 | -3y
x = 12 -3y

Als neues LGS erhält man so:

x = ( 12 -3y ) (I) 3x +3y = 6 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das x durch ( 12 -3y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

3 · ( 12 -3y ) +3y = 6
36 -9y +3y = 6
-6y +36 = 6 | -36
-6y = -30 |:(-6 )
y = 5

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 12 -35

= 12 -15

= -3

also

x = -3

Die Lösung des LGS ist damit: (-3|5)

LGS (Standard)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

-2x +3y = -10 (I) 4x -3y = 20 (II)

Lösung einblenden
-2x +3y = -10 (I) 4x -3y = 20 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

-2x +3y = -10
3y -2x = -10 | +2x
3y = -10 +2x |:3
y = - 10 3 + 2 3 x

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( - 10 3 + 2 3 x ) (I) 4x -3y = 20 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das y durch ( - 10 3 + 2 3 x ) ersetzen und dann nach x auflösen:

4x -3 · ( - 10 3 + 2 3 x ) = 20
4x +10 -2x = 20
2x +10 = 20 | -10
2x = 10 |:2
x = 5

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = - 10 3 + 2 3 5

= - 10 3 + 10 3

= 0

also

y = 0

Die Lösung des LGS ist damit: (5|0)

LGS (vorher umformen)

Beispiel:

Löse das lineare Gleichungssystem:

1 = 5( -x + y) -14 (I)
0 = -4x -11 +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:

1 = 5( -x + y) -14 (I)
0 = -4x -11 +5y (II)
1 = -5x -14 +5y | -1 +5x -5y (I)
0 = -4x -11 +5y | + 4x -5y (II)
5x -5y = -15 (I) 4x -5y = -11 (II)

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

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

Als neues LGS erhält man so:

+y = ( 3 + x ) (I) 4x -5y = -11 (II)

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

4x -5 · ( 3 + x ) = -11
4x -15 -5x = -11
-x -15 = -11 | +15
-x = 4 |:(-1 )
x = -4

Somit haben wir eine Lösung für x.

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

y = 3 -4

= -1

also

y = -1

Die Lösung des LGS ist damit: (-4|-1)

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.:

-2x +2y = ?

-1x -2y = ?

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

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

-1x -2y = 5 +2 = 7

So erhält mam als eine von unendlich vielen Lösungen:

-2x +2y = 8

-1x -2y = 7

LGS Lösungsvielfalt erkennen

Beispiel:

Bestimme die Lösungsmenge:

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

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

Wir stellen die 1. Gleichung nach y um:

9x -9y = 9
-9y +9x = 9 | -9x
-9y = 9 -9x |:(-9 )
y = -1 + x

Als neues LGS erhält man so:

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

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

-3x + 3 · ( -1 + x ) = -3
-3x -3 +3x = -3
-3 = -3 | +3
0 = 0

Diese Gleichung hat unendlich viele Lösungen!

Diese Gleichung ist für jeden Wert von x gültig. Die Lösungsmenge der Gleichung und die des LGS sind also unendlich groß.

LGS Anwendungen

Beispiel:

Wenn man zu einer Zahl x das 6-fache einer anderen Zahl y addiert, so erhält man 11. Wenn man aber vom 5-fachen von x 3 mal die Zahl y subtrahiert, so erhält man 22. Bestimme x und y.

Lösung einblenden

Aus den Sätzen der Aufgabenstellung ergibt sich somit folgendes lineare Gleichungssystem:

x +6y = 11 (I) 5x -3y = 22 (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 +6y = 11 | -6y
x = 11 -6y

Als neues LGS erhält man so:

x = ( 11 -6y ) (I) 5x -3y = 22 (II)

Wegen der 1. Zeile können wir nun in der 2. Zeile das x durch ( 11 -6y ) ersetzen und dann nach y auflösen:

5 · ( 11 -6y ) -3y = 22
55 -30y -3y = 22
-33y +55 = 22 | -55
-33y = -33 |:(-33 )
y = 1

Somit haben wir eine Lösung für y.

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

x = 11 -61

= 11 -6

= 5

also

x = 5

Die Lösung des LGS ist damit: (5|1)

Bezogen auf die Anwendungsaufgabe ergibt sich nun als Lösung:

x (x-Wert): 5

y (y-Wert): 1

quadr. Funktionterm bestimmen

Beispiel:

Die Punkte A(-1|-5) und B(2|22) 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|-5): -5 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(2|22): 22 = 22 + b⋅2 +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-5 = 1 -1b +c |-1
22 = 4 +2b +c |-4


-6 = -1b +c
18 = 2b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = -6 (I) 2b +c = 18 (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 = 18
c +2b = 18 | -2b
c = 18 -2b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = -6 (I) +c = ( 18 -2b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( 18 -2b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

-b + 1 · ( 18 -2b ) = -6
-b +18 -2b = -6
-3b +18 = -6 | -18
-3b = -24 |:(-3 )
b = 8

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = 18 -28

= 18 -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|-11) und B(-3|-23) 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|-11): -11 = ( - 1 )2 + b⋅( - 1 ) +c

B(-3|-23): -23 = ( - 3 )2 + b⋅( - 3 ) +c

Damit erhalten wir ein LGS (lineares Gleichungssystem):
-11 = 1 -1b +c |-1
-23 = 9 -3b +c |-9


-12 = -1b +c
-32 = -3b +c
Wir vertauschen die linke mit der rechten Seite und lösen dann das LGS:
-b +c = -12 (I) -3b +c = -32 (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:

-3b + c = -32
c -3b = -32 | +3b
c = -32 +3b

Als neues LGS erhält man so:

-b +c = -12 (I) +c = ( -32 +3b ) (II)

Wegen der 2. Zeile können wir nun in der 1. Zeile das c durch ( -32 +3b ) ersetzen und dann nach b auflösen:

-b + 1 · ( -32 +3b ) = -12
-b -32 +3b = -12
2b -32 = -12 | +32
2b = 20 |:2
b = 10

Somit haben wir eine Lösung für b.

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

c = -32 +310

= -32 +30

= -2

also

c = -2

Die Lösung des LGS ist damit: (10|-2)

Jetzt können wir b=10 und c=-2 in die allgemeine Funktionsgleichung y = x² + bx + c einsetzen und erhalten so den Funktionsterm:

y= x 2 +10x -2

Jetzt müssen wir noch den Scheitel dieser Parabel bestimmen:

1. Weg

y= x 2 +10x -2

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 -2

= ( x +5 ) 2 -25 -2

= ( x +5 ) 2 -27

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(-5|-27).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 +10x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 +10x -2 nur um -2 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 ) -2 = 25 -50 -2 = -27

also: S(-5|-27).