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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x - 3 x und g(x)= -2 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

D=R\{0}

Wir multiplizieren den Nenner x weg!

x - 3 x = -2 |⋅( x )
x · x - 3 x · x = -2 · x
x · x -3 = -2x
x 2 -3 = -2x
x 2 -3 = -2x | +2x

x 2 +2x -3 = 0

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

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

x1,2 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( -3 ) 2⋅1

x1,2 = -2 ± 4 +12 2

x1,2 = -2 ± 16 2

x1 = -2 + 16 2 = -2 +4 2 = 2 2 = 1

x2 = -2 - 16 2 = -2 -4 2 = -6 2 = -3

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 = 1 2 - ( -3 ) = 1+ 3 = 4

x1,2 = -1 ± 4

x1 = -1 - 2 = -3

x2 = -1 + 2 = 1

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -3 ; 1 }

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

x1 = -3 : f( -3 )= -2 Somit gilt: S1( -3 |-2)

x2 = 1 : f( 1 )= -2 Somit gilt: S2( 1 |-2)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 3 x 3 -6 x 2 parallel zur Geraden y = -35x -6 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -35x -6 gilt m = -35

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

f(x)= 1 3 x 3 -6 x 2

f'(x)= x 2 -12x

Also muss gelten:

x 2 -12x = -35 | +35

x 2 -12x +35 = 0

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

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

x1,2 = +12 ± ( -12 ) 2 -4 · 1 · 35 2⋅1

x1,2 = +12 ± 144 -140 2

x1,2 = +12 ± 4 2

x1 = 12 + 4 2 = 12 +2 2 = 14 2 = 7

x2 = 12 - 4 2 = 12 -2 2 = 10 2 = 5

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 = ( -6 ) 2 - 35 = 36 - 35 = 1

x1,2 = 6 ± 1

x1 = 6 - 1 = 5

x2 = 6 + 1 = 7

L={ 5 ; 7 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -35 und sind somit parallel zur Geraden y = -35x -6 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 6x -3 e 4x -28 e 2x = 0

Lösung einblenden
e 6x -3 e 4x -28 e 2x = 0
( e 4x -3 e 2x -28 ) · e 2x = 0

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

1. Fall:

e 4x -3 e 2x -28 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -3u -28 = 0

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

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

u1,2 = +3 ± ( -3 ) 2 -4 · 1 · ( -28 ) 2⋅1

u1,2 = +3 ± 9 +112 2

u1,2 = +3 ± 121 2

u1 = 3 + 121 2 = 3 +11 2 = 14 2 = 7

u2 = 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

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 7

e 2x = 7 |ln(⋅)
2x = ln( 7 ) |:2
x1 = 1 2 ln( 7 ) ≈ 0.973

u2: e 2x = -4

e 2x = -4

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e 2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 7 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

16x 2x +2 + 5x +1 3x -6 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ -1 ; 0}

16x 2x +2 + 5x +1 3x -6 = 0
16x 2( x +1 ) + 5x +1 3x -6 = 0 |(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner x +1 weg!

16x 2( x +1 ) + 5x +1 3x -6 = 0 |⋅( x +1 )
16x 2( x +1 ) · ( x +1 ) + 5x +1 3x · ( x +1 ) -6 · ( x +1 ) = 0
8x + ( 5x +1 ) · ( x +1 ) 3x -6x -6 = 0
8x + 5 x 2 +6x +1 3x -6x -6 = 0
5 x 2 +6x +1 3x +8x -6x -6 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3x weg!

5 x 2 +6x +1 3x +8x -6x -6 = 0 |⋅( 3x )
5 x 2 +6x +1 3x · 3x + 8x · 3x -6x · 3x -6 · 3x = 0
5 x 2 +6x +1 +24 x · x -18 x · x -18x = 0
5 x 2 +6x +1 +24 x 2 -18 x 2 -18x = 0
11 x 2 -12x +1 = 0

11 x 2 -12x +1 = 0

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

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

x1,2 = +12 ± ( -12 ) 2 -4 · 11 · 1 2⋅11

x1,2 = +12 ± 144 -44 22

x1,2 = +12 ± 100 22

x1 = 12 + 100 22 = 12 +10 22 = 22 22 = 1

x2 = 12 - 100 22 = 12 -10 22 = 2 22 = 1 11

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 "11 " teilen:

11 x 2 -12x +1 = 0 |: 11

x 2 - 12 11 x + 1 11 = 0

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

D = ( - 6 11 ) 2 - ( 1 11 ) = 36 121 - 1 11 = 36 121 - 11 121 = 25 121

x1,2 = 6 11 ± 25 121

x1 = 6 11 - 5 11 = 1 11 = 0.090909090909091

x2 = 6 11 + 5 11 = 11 11 = 1

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 1 11 ; 1 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 +12 x 2 +23x -36 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 +12 x 2 +23x -36 = 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 -36 .

1 ist eine Lösung, denn 1 3 +12⋅ 1 2 +23⋅1 -36 = 0.

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

( x 3 +12 x 2 +23x -36 ) : (x-1) = x 2 +13x +36
-( x 3 - x 2 )
13 x 2 +23x
-( 13 x 2 -13x )
36x -36
-( 36x -36 )
0

es gilt also:

x 3 +12 x 2 +23x -36 = ( x 2 +13x +36 ) · ( x -1 )

( x 2 +13x +36 ) · ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +13x +36 = 0

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

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

x1,2 = -13 ± 13 2 -4 · 1 · 36 2⋅1

x1,2 = -13 ± 169 -144 2

x1,2 = -13 ± 25 2

x1 = -13 + 25 2 = -13 +5 2 = -8 2 = -4

x2 = -13 - 25 2 = -13 -5 2 = -18 2 = -9

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 = ( 13 2 ) 2 - 36 = 169 4 - 36 = 169 4 - 144 4 = 25 4

x1,2 = - 13 2 ± 25 4

x1 = - 13 2 - 5 2 = - 18 2 = -9

x2 = - 13 2 + 5 2 = - 8 2 = -4


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit -4

Polynomdivision mit -9

L={ -9 ; -4 ; 1 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

- | 3x -12 | +6 = -9

Lösung einblenden
- | 3x -12 | +6 = -9 | -6
- | 3x -12 | = -15 |: ( -1 )
| 3x -12 | = 15

1. Fall: 3x -12 ≥ 0:

3x -12 = 15 | +12
3x = 27 |:3
x1 = 9

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 3x -12 ≥ 0) genügt:

3⋅9 -12 = 15 ≥ 0

Die Lösung 9 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 3x -12 < 0:

-( 3x -12 ) = 15
-3x +12 = 15 | -12
-3x = 3 |:(-3 )
x2 = -1

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 3x -12 < 0) genügt:

3⋅( -1 ) -12 = -15 < 0

Die Lösung -1 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -1 ; 9 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

Für welche Werte von t hat die Funktion ft mit ft(x)= ln( x 2 +4x +2 t ) genau 0 Nullstellen?

Lösung einblenden

ln(u) ist genau dann = 0, wenn e0=u, also 1 = u ist:

ln( x 2 +4x +2 t ) = 0

x 2 +4x +2 t = 1 |-1

x 2 +4x +2 t - 1 = 0

x 2 +4x + 2t -1 =0 ist eine quadratische Gleichung, bei der wir am einfachsten die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel) anwenden:

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

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

  • Ist 16 + ( -8t +4 ) > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 16 + ( -8t +4 ) = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 16 + ( -8t +4 ) <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 16 + ( -8t +4 ) = 0 wird.

16 -8t +4 = 0
-8t +20 = 0 | -20
-8t = -20 |:(-8 )
t = 5 2 = 2.5

Da rechts der Nullstelle t= 5 2 beispielsweise für t = 4 der Radikand 16 + ( -8⋅4 +4 ) = -12 < 0 wird, sind also die Funktionswerte von 16 + ( -8t +4 ) für t > 5 2 kleiner 0 und für t < 5 2 größer 0

Für t > 5 2 ist also der Term unter der Wurzel < 0 und es gibt keine Lösung.