Aufgabenbeispiele von Ungleichungen

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quadr. Ungleichungen (einfach)

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

x ( x -4 ) < 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass x ( x -4 ) = 0 ist.

x ( x -4 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -4 = 0 | +4
x2 = 4

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu f(x)= x ( x -4 ) ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu x ( x -4 ) = 0 (x1 = 0 und x2 = 4) ja gerade die Schnittpunkte der Parabel mit der x-Achse sind.

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Jetzt gibt es zwei Möglichkeiten die Ungleichung noch vollends zu lösen:

1.Weg
An dem Koeffizienten vor dem x²: a = 1 > 0 erkennen wir, dass die Parabel nach oben geöffnet ist, also dass der Scheitel der tiefste Punkt der Parabel ist.
Somit muss der gesuchte Bereich, in dem x ( x -4 ) < 0 ist, zwischen den Schnittpunkten mit der x-Achse liegen.

2.Weg
Da es ja nur diese beiden Schnittpunkte mit der x-Achse gibt, müssen die Funktionswerte innerhalb eines dieser drei Intervalle immer das gleiche Vorzeichen haben. Deswegen reicht es einen Vertreter davon zu untersuchen:
Für x < 0: f(-1) = -1 · ( -1 -4 ) = 5 > 0
Für 0 < x < 4: f(3) = 3 · ( 3 -4 ) = -3 < 0
Für x > 4: f(5) = 5 · ( 5 -4 ) = 5 > 0
Also muss der gesuchte Bereich in dem f(x) < 0 ist, zwischen den Schnittpunkten mit der x-Achse liegen.

.

Da der Grenzfall x ( x -4 ) = 0 nicht zur gesuchten Ungleichung x ( x -4 ) < 0 gehört, ist x1=0 und x2=4 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

x > 0 und x < 4.

quadratische Ungleichungen

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

-2 x 2 +4x -4 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass -2 x 2 +4x -4 = 0 ist.

-2 x 2 +4x -4 = 0 |:2

- x 2 +2x -2 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = -2 ± 2 2 -4 · ( -1 ) · ( -2 ) 2( -1 )

x1,2 = -2 ± 4 -8 -2

x1,2 = -2 ± ( -4 ) -2

Da die Diskriminante (Zahl unter der Wurzel) negativ ist, hat die quadratische Gleichung keine Lösung!

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu f(x)= -2 x 2 +4x -4 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu -2 x 2 +4x -4 = 0 (hier: keine) ja gerade die Schnittpunkte der Parabel mit der x-Achse sind.

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Wir haben also bei dieser Parabel keinen gemeinsamen Punkt mit der x-Achse, es müssen also entweder alle Punkte der Parabel über der x-Achse oder alle unter der x-Achse liegen!

1.Weg
An dem Koeffizienten vor dem x²: a = -2 < 0 erkennen wir, dass die Parabel nach unten geöffnet ist, also müssen alle Punkte der Parabel unterhalb der x-Achse liegen.
Die Ungleichung -2 x 2 +4x -4 0 gilt somit für alle x.

2.Weg
Da es ja keinen Schnittpunkt mit der x-Achse gibt, müssen alle Funktionswerte von f(x)= -2 x 2 +4x -4 immer das gleiche Vorzeichen haben. Deswegen reicht es einen Vertreter davon, am einfachsten mit x=0, zu untersuchen:
f(0) = -2 0 2 +40 -4 = -4 < 0
Dies gilt (wegen der fehlenden Schnittpunkte) auch für alle anderen Funktionswerte und die Ungleichung -2 x 2 +4x -4 0 gilt für alle x.

Die Lösung ist also: ℝ (alle x erfüllen die Ungleichung)

quadratische Ungleichungen 2

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

- x 2 -4x -12 < 2x -3 .

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass - x 2 -4x -12 = 2x -3 ist.

- x 2 -4x -12 = 2x -3 | -2x +3

- x 2 -6x -9 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = +6 ± ( -6 ) 2 -4 · ( -1 ) · ( -9 ) 2( -1 )

x1,2 = +6 ± 36 -36 -2

x1,2 = +6 ± 0 -2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

x = 6 -2 = -3

Wenn wir uns die zugehörigen Graphen von f(x)= - x 2 -4x -12 und g(x)= 2x -3 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu - x 2 -4x -12 = 2x -3 (x = -3) ja gerade die Schnittpunkte der Parabel mit der Geraden sind.

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Da wir bei dieser Parabel nur einen gemeinsamen Punkt mit der Geraden y= 2x -3 haben, muss dieser gemeinsame Punkt ein Berührpunkt sein!

1.Weg
An dem Koeffizienten vor dem x²: a = -1 < 0 erkennen wir, dass die Parabel nach unten geöffnet ist, also müssen alle Punkte der Parabel (außer dem Scheitel) unterhalb der Geraden y= 2x -3 liegen.
Somit gilt die Ungleichung - x 2 -4x -12 < 2x -3 für alle x außer für x = -3.

2.Weg
Da es ja nur diesen einen Schnittpunkt mit der Geraden y= 2x -3 gibt, müssen die Funktionswerte von f(x) innerhalb eines dieser beiden Intervalle immer oberhalb oder immer unterhalb der Funktionswerte von g(x) liegen. Deswegen reicht es einen Vertreter davon zu untersuchen:
Für x < -3: f(-4) = - ( -4 ) 2 -4( -4 ) -12 = -12 < -11 = 2( -4 ) -3 = g(-4)
Für x > -3: f(0) = - 0 2 -40 -12 = -12 < -3 = 20 -3 = g(0)
Also gilt die Ungleichung - x 2 -4x -12 < 2x -3 in beiden Intervallen.

Da der Grenzfall - x 2 -4x -12 = 2x -3 nicht zur gesuchten Ungleichung - x 2 -4x -12 < 2x -3 gehört, ist x=-3 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

ℝ\{-3} (alle x außer x=-3 erfüllen die Ungleichung)