nach Aufgabentypen suchen

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Browserfenster aktualisieren (F5), um neue Beispiele bei den Aufgabentypen zu sehen

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 2x -6 und g(x)= -5 e x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 2x -6 = -5 e x | +5 e x
e 2x +5 e x -6 = 0

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

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +5u -6 = 0

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

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

u1,2 = -5 ± 5 2 -4 · 1 · ( -6 ) 21

u1,2 = -5 ± 25 +24 2

u1,2 = -5 ± 49 2

u1 = -5 + 49 2 = -5 +7 2 = 2 2 = 1

u2 = -5 - 49 2 = -5 -7 2 = -12 2 = -6

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 = ( 5 2 ) 2 - ( -6 ) = 25 4 + 6 = 25 4 + 24 4 = 49 4

x1,2 = - 5 2 ± 49 4

x1 = - 5 2 - 7 2 = - 12 2 = -6

x2 = - 5 2 + 7 2 = 2 2 = 1

Rücksubstitution:

u1: e x = 1

e x = 1 |ln(⋅)
x1 = 0 ≈ 0

u2: e x = -6

e x = -6

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={0}

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

x1 = 0: f(0)= -5 e 0 = -5 Somit gilt: S1(0|-5)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 4 e 4x - 1 2 e 2x parallel zur Geraden y = 42x -2 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 42x -2 gilt m = 42

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

f(x)= 1 4 e 4x - 1 2 e 2x

f'(x)= e 4x - e 2x

Also muss gelten:

e 4x - e 2x = 42 | -42
e 4x - e 2x -42 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 - u -42 = 0

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

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

u1,2 = +1 ± ( -1 ) 2 -4 · 1 · ( -42 ) 21

u1,2 = +1 ± 1 +168 2

u1,2 = +1 ± 169 2

u1 = 1 + 169 2 = 1 +13 2 = 14 2 = 7

u2 = 1 - 169 2 = 1 -13 2 = -12 2 = -6

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 ) 2 - ( -42 ) = 1 4 + 42 = 1 4 + 168 4 = 169 4

x1,2 = 1 2 ± 169 4

x1 = 1 2 - 13 2 = - 12 2 = -6

x2 = 1 2 + 13 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 = -6

e 2x = -6

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 7 ) }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 42 und sind somit parallel zur Geraden y = 42x -2 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3 e 2x -18 e x = - e 3x

Lösung einblenden
3 e 2x -18 e x = - e 3x | + e 3x
e 3x +3 e 2x -18 e x = 0
( e 2x +3 e x -18 ) e x = 0

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

1. Fall:

e 2x +3 e x -18 = 0

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

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +3u -18 = 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 · ( -18 ) 21

u1,2 = -3 ± 9 +72 2

u1,2 = -3 ± 81 2

u1 = -3 + 81 2 = -3 +9 2 = 6 2 = 3

u2 = -3 - 81 2 = -3 -9 2 = -12 2 = -6

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 - ( -18 ) = 9 4 + 18 = 9 4 + 72 4 = 81 4

x1,2 = - 3 2 ± 81 4

x1 = - 3 2 - 9 2 = - 12 2 = -6

x2 = - 3 2 + 9 2 = 6 2 = 3

Rücksubstitution:

u1: e x = 3

e x = 3 |ln(⋅)
x1 = ln( 3 ) ≈ 1.0986

u2: e x = -6

e x = -6

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ ln( 3 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3x 2x +1 + 8x +1 3x + -9x +1 2x = 0

Lösung einblenden

D=R\{0; - 1 2 }

-9x +1 2x + 8x +1 3x + 3x 2x +1 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 6x weg!

-9x +1 2x + 8x +1 3x + 3x 2x +1 = 0 |⋅( 6x )
-9x +1 2x · 6x + 8x +1 3x · 6x + 3x 2x +1 · 6x = 0
-27x +3 +16x +2 +6 3 x · x 2x +1 = 0
-27x +3 +16x +2 + 18 x 2 2x +1 = 0
18 x 2 2x +1 -27x +16x +3 +2 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x +1 weg!

18 x 2 2x +1 -27x +16x +3 +2 = 0 |⋅( 2x +1 )
18 x 2 2x +1 · ( 2x +1 ) -27x · ( 2x +1 ) + 16x · ( 2x +1 ) + 3 · ( 2x +1 ) + 2 · ( 2x +1 ) = 0
18 x 2 -27 x ( 2x +1 )+16 x ( 2x +1 ) +6x +3 +4x +2 = 0
18 x 2 + ( -54 x 2 -27x ) + ( 32 x 2 +16x ) +6x +3 +4x +2 = 0
-4 x 2 - x +5 = 0

-4 x 2 - x +5 = 0

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

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

x1,2 = +1 ± ( -1 ) 2 -4 · ( -4 ) · 5 2( -4 )

x1,2 = +1 ± 1 +80 -8

x1,2 = +1 ± 81 -8

x1 = 1 + 81 -8 = 1 +9 -8 = 10 -8 = -1,25

x2 = 1 - 81 -8 = 1 -9 -8 = -8 -8 = 1

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 "-4 " teilen:

-4 x 2 - x +5 = 0 |: -4

x 2 + 1 4 x - 5 4 = 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 8 ) 2 - ( - 5 4 ) = 1 64 + 5 4 = 1 64 + 80 64 = 81 64

x1,2 = - 1 8 ± 81 64

x1 = - 1 8 - 9 8 = - 10 8 = -1.25

x2 = - 1 8 + 9 8 = 8 8 = 1

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -1,25 ; 1 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 -8 x 2 +9x +18 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 -8 x 2 +9x +18 = 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 18 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 3 -8 ( -1 ) 2 +9( -1 ) +18 = 0.

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

( x 3 -8 x 2 +9x +18 ) : (x+1) = x 2 -9x +18
-( x 3 + x 2 )
-9 x 2 +9x
-( -9 x 2 -9x )
18x +18
-( 18x +18 )
0

es gilt also:

x 3 -8 x 2 +9x +18 = ( x 2 -9x +18 ) · ( x +1 )

( x 2 -9x +18 ) ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -9x +18 = 0

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

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

x1,2 = +9 ± ( -9 ) 2 -4 · 1 · 18 21

x1,2 = +9 ± 81 -72 2

x1,2 = +9 ± 9 2

x1 = 9 + 9 2 = 9 +3 2 = 12 2 = 6

x2 = 9 - 9 2 = 9 -3 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 = ( - 9 2 ) 2 - 18 = 81 4 - 18 = 81 4 - 72 4 = 9 4

x1,2 = 9 2 ± 9 4

x1 = 9 2 - 3 2 = 6 2 = 3

x2 = 9 2 + 3 2 = 12 2 = 6


2. Fall:

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

Polynomdivision mit 3

Polynomdivision mit 6

L={ -1 ; 3 ; 6 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

- 1 2 | 3x -6 | -4 = -1

Lösung einblenden
- 1 2 | 3x -6 | -4 = -1 | +4
- 1 2 | 3x -6 | = 3 |⋅ ( -2 )
| 3x -6 | = -6

Da der Betrag links immer ≥ 0 sein muss, rechts aber eine negative Zahl steht, hat diese Gleichung keine Lösung!

L={}

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

ln( x 2 - x + t ) = 0

x 2 - x + t = 1 |-1

x 2 - x + t - 1 = 0

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

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

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

  • Ist 1 + ( -4t +4 ) > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 1 + ( -4t +4 ) = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 1 + ( -4t +4 ) <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 1 + ( -4t +4 ) = 0 wird.

1 -4t +4 = 0
-4t +5 = 0 | -5
-4t = -5 |:(-4 )
t = 5 4 = 1.25

Für t = 5 4 ist also die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung.