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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 2 -7x und g(x)= -10 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

Um die Schnittpunkte zu berechnen, müssen wir einfach die beiden Funktionsterme gleichsetzen:

x 2 -7x = -10 | +10

x 2 -7x +10 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = +7 ± ( -7 ) 2 -4 · 1 · 10 21

x1,2 = +7 ± 49 -40 2

x1,2 = +7 ± 9 2

x1 = 7 + 9 2 = 7 +3 2 = 10 2 = 5

x2 = 7 - 9 2 = 7 -3 2 = 4 2 = 2

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( - 7 2 ) 2 - 10 = 49 4 - 10 = 49 4 - 40 4 = 9 4

x1,2 = 7 2 ± 9 4

x1 = 7 2 - 3 2 = 4 2 = 2

x2 = 7 2 + 3 2 = 10 2 = 5

L={ 2 ; 5 }

Damit haben wir die Schnittstellen. Jetzt müssen wir die x-Werte nur noch in einen der beiden Funktionsterme einsetzen:

x1 = 2 : f( 2 )= -10 Somit gilt: S1( 2 |-10)

x2 = 5 : f( 5 )= -10 Somit gilt: S2( 5 |-10)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= -x +4 x 2 · e - 1 2 x parallel zur Geraden y = -x +1 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -x +1 gilt m = -1

Die Steigungen der Tangenten an f können wir mit der Ableitungsfunktion f' berechnen.

f(x)= -x +4 x 2 · e - 1 2 x

f'(x)= -1 -2 x 2 · e - 1 2 x +8 x · e - 1 2 x

Also muss gelten:

-1 -2 x 2 · e - 1 2 x +8 x · e - 1 2 x = -1 | +1
-1 +1 -2 x 2 · e - 1 2 x +8 x · e - 1 2 x = 0
-2 x 2 · e - 1 2 x +8 x · e - 1 2 x = 0
2 ( - x 2 +4x ) · e - 1 2 x = 0

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

1. Fall:

- x 2 +4x = 0
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
-x = -4 |:(-1 )
x2 = 4

2. Fall:

e - 1 2 x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={0; 4 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -1 und sind somit parallel zur Geraden y = -x +1 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 6 -7 x 2 = -6 x 4

Lösung einblenden
x 6 -7 x 2 = -6 x 4 | +6 x 4
x 6 +6 x 4 -7 x 2 = 0
x 2 · ( x 4 +6 x 2 -7 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x1 = 0

2. Fall:

x 4 +6 x 2 -7 = 0

Diese Gleichung kann durch Substitution auf eine quadratische Gleichung zurückgeführt werden!

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +6u -7 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

u1,2 = -6 ± 6 2 -4 · 1 · ( -7 ) 21

u1,2 = -6 ± 36 +28 2

u1,2 = -6 ± 64 2

u1 = -6 + 64 2 = -6 +8 2 = 2 2 = 1

u2 = -6 - 64 2 = -6 -8 2 = -14 2 = -7

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = 3 2 - ( -7 ) = 9+ 7 = 16

x1,2 = -3 ± 16

x1 = -3 - 4 = -7

x2 = -3 + 4 = 1

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 1

x 2 = 1 | 2
x2 = - 1 = -1
x3 = 1 = 1

u2: x 2 = -7

x 2 = -7 | 2

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

L={ -1 ; 0; 1 }

0 ist 2-fache Lösung!

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

4x 2x +2 + 3x 2x +3 -6 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ - 3 2 ; -1 }

3x 2x +3 + 4x 2x +2 -6 = 0
3x 2x +3 + 4x 2( x +1 ) -6 = 0 |(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner 2x +3 weg!

3x 2x +3 + 4x 2( x +1 ) -6 = 0 |⋅( 2x +3 )
3x 2x +3 · ( 2x +3 ) + 4x 2( x +1 ) · ( 2x +3 ) -6 · ( 2x +3 ) = 0
3x + 2 x · ( 2x +3 ) x +1 -12x -18 = 0
3x + 4 x 2 +6x x +1 -12x -18 = 0
4 x 2 +6x x +1 +3x -12x -18 = 0

Wir multiplizieren den Nenner x +1 weg!

4 x 2 +6x x +1 +3x -12x -18 = 0 |⋅( x +1 )
4 x 2 +6x x +1 · ( x +1 ) + 3x · ( x +1 ) -12x · ( x +1 ) -18 · ( x +1 ) = 0
4 x 2 +6x +3 x · ( x +1 )-12 x · ( x +1 ) -18x -18 = 0
4 x 2 +6x + ( 3 x 2 +3x ) + ( -12 x 2 -12x ) -18x -18 = 0
-5 x 2 -21x -18 = 0

-5 x 2 -21x -18 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = +21 ± ( -21 ) 2 -4 · ( -5 ) · ( -18 ) 2( -5 )

x1,2 = +21 ± 441 -360 -10

x1,2 = +21 ± 81 -10

x1 = 21 + 81 -10 = 21 +9 -10 = 30 -10 = -3

x2 = 21 - 81 -10 = 21 -9 -10 = 12 -10 = -1,2

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

Um die Gleichung auf die Form "x² + px + q = 0" zu bekommen, müssen wir zuerst die ganze Gleichung durch "-5 " teilen:

-5 x 2 -21x -18 = 0 |: -5

x 2 + 21 5 x + 18 5 = 0

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( 21 10 ) 2 - ( 18 5 ) = 441 100 - 18 5 = 441 100 - 360 100 = 81 100

x1,2 = - 21 10 ± 81 100

x1 = - 21 10 - 9 10 = - 30 10 = -3

x2 = - 21 10 + 9 10 = - 12 10 = -1.2

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -3 ; -1,2 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 -4 x 2 -25x +28 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 -4 x 2 -25x +28 = 0 zu bestimmen, ist mit Polynomdivision.
Das funktioniert aber nur, wenn wir eine ganzzahlige Lösung durch Ausprobieren finden.
Dazu testen wir alle Teiler (mit beiden Vorzeichen) des Absolutglieds 28 .

1 ist eine Lösung, denn 1 3 -4 1 2 -251 +28 = 0.

Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x-1) durch.

( x 3 -4 x 2 -25x +28 ) : (x-1) = x 2 -3x -28
-( x 3 - x 2 )
-3 x 2 -25x
-( -3 x 2 +3x )
-28x +28
-( -28x +28 )
0

es gilt also:

x 3 -4 x 2 -25x +28 = ( x 2 -3x -28 ) · ( x -1 )

( x 2 -3x -28 ) · ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -3x -28 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = +3 ± ( -3 ) 2 -4 · 1 · ( -28 ) 21

x1,2 = +3 ± 9 +112 2

x1,2 = +3 ± 121 2

x1 = 3 + 121 2 = 3 +11 2 = 14 2 = 7

x2 = 3 - 121 2 = 3 -11 2 = -8 2 = -4

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( - 3 2 ) 2 - ( -28 ) = 9 4 + 28 = 9 4 + 112 4 = 121 4

x1,2 = 3 2 ± 121 4

x1 = 3 2 - 11 2 = - 8 2 = -4

x2 = 3 2 + 11 2 = 14 2 = 7


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit -4

Polynomdivision mit 7

L={ -4 ; 1 ; 7 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 2 | 3x +9 | +1 = 13

Lösung einblenden
1 2 | 3x +9 | +1 = 13 | -1
1 2 | 3x +9 | = 12 |⋅2
| 3x +9 | = 24

1. Fall: 3x +9 ≥ 0:

3x +9 = 24 | -9
3x = 15 |:3
x1 = 5

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 3x +9 ≥ 0) genügt:

35 +9 = 24 ≥ 0

Die Lösung 5 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 3x +9 < 0:

-( 3x +9 ) = 24
-3x -9 = 24 | +9
-3x = 33 |:(-3 )
x2 = -11

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 3x +9 < 0) genügt:

3( -11 ) +9 = -24 < 0

Die Lösung -11 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -11 ; 5 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

Für welche Werte von t hat die Funktion ft mit ft(x)= x 2 -4 t x -2 t genau 1 Nullstelle?

Lösung einblenden

x 2 -4 t x -2 t =0 ist eine quadratische Gleichung, bei der wir am einfachsten die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel) anwenden:

x1,2 = +4 t ± ( -4 t ) 2 -4 · 1 · ( -2 t ) 21 = +4 t ± 16 t 2 +8 t 2

Wie viele Nullstellen jetzt hier wirklich rauskommen, hängt vom Radikand, also vom Term unter der Wurzel ab:

  • Ist 16 t 2 +8 t > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 16 t 2 +8 t = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 16 t 2 +8 t <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 16 t 2 +8 t = 0 wird.

16 t 2 +8t = 0
8 t · ( 2t +1 ) = 0

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

1. Fall:

t1 = 0

2. Fall:

2t +1 = 0 | -1
2t = -1 |:2
t2 = - 1 2 = -0.5

Für t = - 1 2 oder für t = 0 ist also die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung.