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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 5 -7 x 2 und g(x)= 8 x . 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 5 -7 x 2 = 8 x |⋅( x )
x 5 · x -7 x 2 · x = 8 x · x
x 5 · x -7 x 2 · x = 8
x 6 -7 x 3 = 8
x 6 -7 x 3 = 8 | -8
x 6 -7 x 3 -8 = 0

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

Setze u = x 3

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -7u -8 = 0

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

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

u1,2 = +7 ± ( -7 ) 2 -4 · 1 · ( -8 ) 21

u1,2 = +7 ± 49 +32 2

u1,2 = +7 ± 81 2

u1 = 7 + 81 2 = 7 +9 2 = 16 2 = 8

u2 = 7 - 81 2 = 7 -9 2 = -2 2 = -1

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 - ( -8 ) = 49 4 + 8 = 49 4 + 32 4 = 81 4

x1,2 = 7 2 ± 81 4

x1 = 7 2 - 9 2 = - 2 2 = -1

x2 = 7 2 + 9 2 = 16 2 = 8

Rücksubstitution:

u1: x 3 = 8

x 3 = 8 | 3
x1 = 8 3 = 2

u2: x 3 = -1

x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -1 ; 2 }

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

x1 = -1 : f( -1 )= 8 ( -1 ) = -8 Somit gilt: S1( -1 |-8)

x2 = 2 : f( 2 )= 8 2 = 4 Somit gilt: S2( 2 |4)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 3 x 3 -2 x 2 parallel zur Geraden y = 12x -1 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 12x -1 gilt m = 12

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

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

f'(x)= x 2 -4x

Also muss gelten:

x 2 -4x = 12 | -12

x 2 -4x -12 = 0

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

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

x1,2 = +4 ± ( -4 ) 2 -4 · 1 · ( -12 ) 21

x1,2 = +4 ± 16 +48 2

x1,2 = +4 ± 64 2

x1 = 4 + 64 2 = 4 +8 2 = 12 2 = 6

x2 = 4 - 64 2 = 4 -8 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 = ( -2 ) 2 - ( -12 ) = 4+ 12 = 16

x1,2 = 2 ± 16

x1 = 2 - 4 = -2

x2 = 2 + 4 = 6

L={ -2 ; 6 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 12 und sind somit parallel zur Geraden y = 12x -1 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 6 -7 x 3 = 8

Lösung einblenden
x 6 -7 x 3 = 8 | -8
x 6 -7 x 3 -8 = 0

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

Setze u = x 3

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -7u -8 = 0

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

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

u1,2 = +7 ± ( -7 ) 2 -4 · 1 · ( -8 ) 21

u1,2 = +7 ± 49 +32 2

u1,2 = +7 ± 81 2

u1 = 7 + 81 2 = 7 +9 2 = 16 2 = 8

u2 = 7 - 81 2 = 7 -9 2 = -2 2 = -1

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 - ( -8 ) = 49 4 + 8 = 49 4 + 32 4 = 81 4

x1,2 = 7 2 ± 81 4

x1 = 7 2 - 9 2 = - 2 2 = -1

x2 = 7 2 + 9 2 = 16 2 = 8

Rücksubstitution:

u1: x 3 = 8

x 3 = 8 | 3
x1 = 8 3 = 2

u2: x 3 = -1

x 3 = -1 | 3
x2 = - 1 3 = -1

L={ -1 ; 2 }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

5x +1 3x -5 + 3x 2x -3 -7 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 3 2 ; 5 3 }

3x 2x -3 + 5x +1 3x -5 -7 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x -3 weg!

3x 2x -3 + 5x +1 3x -5 -7 = 0 |⋅( 2x -3 )
3x 2x -3 · ( 2x -3 ) + 5x +1 3x -5 · ( 2x -3 ) -7 · ( 2x -3 ) = 0
3x + ( 5x +1 ) · ( 2x -3 ) 3x -5 -14x +21 = 0
3x + 10 x 2 -13x -3 3x -5 -14x +21 = 0
10 x 2 -13x -3 3x -5 +3x -14x +21 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3x -5 weg!

10 x 2 -13x -3 3x -5 +3x -14x +21 = 0 |⋅( 3x -5 )
10 x 2 -13x -3 3x -5 · ( 3x -5 ) + 3x · ( 3x -5 ) -14x · ( 3x -5 ) + 21 · ( 3x -5 ) = 0
10 x 2 -13x -3 +3 x · ( 3x -5 )-14 x · ( 3x -5 ) +63x -105 = 0
10 x 2 -13x -3 + ( 9 x 2 -15x ) + ( -42 x 2 +70x ) +63x -105 = 0
-23 x 2 +105x -108 = 0

-23 x 2 +105x -108 = 0

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

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

x1,2 = -105 ± 105 2 -4 · ( -23 ) · ( -108 ) 2( -23 )

x1,2 = -105 ± 11025 -9936 -46

x1,2 = -105 ± 1089 -46

x1 = -105 + 1089 -46 = -105 +33 -46 = -72 -46 = 36 23 ≈ 1.57

x2 = -105 - 1089 -46 = -105 -33 -46 = -138 -46 = 3

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 "-23 " teilen:

-23 x 2 +105x -108 = 0 |: -23

x 2 - 105 23 x + 108 23 = 0

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

D = ( - 105 46 ) 2 - ( 108 23 ) = 11025 2116 - 108 23 = 11025 2116 - 9936 2116 = 1089 2116

x1,2 = 105 46 ± 1089 2116

x1 = 105 46 - 33 46 = 72 46 = 1.5652173913043

x2 = 105 46 + 33 46 = 138 46 = 3

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 36 23 ; 3 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 - x 2 -26x -24 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 - x 2 -26x -24 = 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 -24 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 3 - ( -1 ) 2 -26( -1 ) -24 = 0.

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

( x 3 - x 2 -26x -24 ) : (x+1) = x 2 -2x -24
-( x 3 + x 2 )
-2 x 2 -26x
-( -2 x 2 -2x )
-24x -24
-( -24x -24 )
0

es gilt also:

x 3 - x 2 -26x -24 = ( x 2 -2x -24 ) · ( x +1 )

( x 2 -2x -24 ) · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -2x -24 = 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 · ( -24 ) 21

x1,2 = +2 ± 4 +96 2

x1,2 = +2 ± 100 2

x1 = 2 + 100 2 = 2 +10 2 = 12 2 = 6

x2 = 2 - 100 2 = 2 -10 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 = ( -1 ) 2 - ( -24 ) = 1+ 24 = 25

x1,2 = 1 ± 25

x1 = 1 - 5 = -4

x2 = 1 + 5 = 6


2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x3 = -1

Polynomdivision mit -4

Polynomdivision mit 6

L={ -4 ; -1 ; 6 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

- 1 2 | 3x -12 | -1 = -7

Lösung einblenden
- 1 2 | 3x -12 | -1 = -7 | +1
- 1 2 | 3x -12 | = -6 |⋅ ( -2 )
| 3x -12 | = 12

1. Fall: 3x -12 ≥ 0:

3x -12 = 12 | +12
3x = 24 |:3
x1 = 8

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

38 -12 = 12 ≥ 0

Die Lösung 8 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 3x -12 < 0:

-( 3x -12 ) = 12
-3x +12 = 12 | -12
-3x = 0 |:(-3 )
x2 = 0

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

3( 0 ) -12 = -12 < 0

Die Lösung 0 genügt also der obigen Bedingung.

L={0; 8 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

Für welche Werte von t hat die Funktion ft mit ft(x)= x 2 +3x -2 t genau 1 Nullstelle?

Lösung einblenden

x 2 +3x -2 t =0 ist eine quadratische Gleichung, bei der wir am einfachsten die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel) anwenden:

x1,2 = -3 ± 3 2 -4 · 1 · ( -2 t ) 21 = -3 ± 9 +8 t 2

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

  • Ist 9 +8 t > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 9 +8 t = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 9 +8 t <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 9 +8 t = 0 wird.

9 +8t = 0
8t +9 = 0 | -9
8t = -9 |:8
t = - 9 8

Für t = - 9 8 ist also die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung.