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 6x -7 e 3x und g(x)= -10 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 6x -7 e 3x = -10 | +10
e 6x -7 e 3x +10 = 0

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

Setze u = e 3x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -7u +10 = 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 · 10 2⋅1

u1,2 = +7 ± 49 -40 2

u1,2 = +7 ± 9 2

u1 = 7 + 9 2 = 7 +3 2 = 10 2 = 5

u2 = 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

Rücksubstitution:

u1: e 3x = 5

e 3x = 5 |ln(⋅)
3x = ln( 5 ) |:3
x1 = 1 3 ln( 5 ) ≈ 0.5365

u2: e 3x = 2

e 3x = 2 |ln(⋅)
3x = ln( 2 ) |:3
x2 = 1 3 ln( 2 ) ≈ 0.231

L={ 1 3 ln( 2 ) ; 1 3 ln( 5 ) }

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

x1 = 1 3 ln( 2 ) : f( 1 3 ln( 2 ) )= -10 Somit gilt: S1( 1 3 ln( 2 ) |-10)

x2 = 1 3 ln( 5 ) : f( 1 3 ln( 5 ) )= -10 Somit gilt: S2( 1 3 ln( 5 ) |-10)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 2x +5 +2 x · e - 1 2 x parallel zur Geraden y = 2x +4 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 2x +4 gilt m = 2

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

f(x)= 2x +5 +2 x · e - 1 2 x

f'(x)= 2 e - 1 2 x +2 - x · e - 1 2 x

Also muss gelten:

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

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

1. Fall:

-x +2 = 0 | -2
-x = -2 |:(-1 )
x1 = 2

2. Fall:

e - 1 2 x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 2 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 2 und sind somit parallel zur Geraden y = 2x +4 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 4x +3 e 3x = 4 e 2x

Lösung einblenden
e 4x +3 e 3x = 4 e 2x | -4 e 2x
e 4x +3 e 3x -4 e 2x = 0
( e 2x +3 e x -4 ) · e 2x = 0

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

1. Fall:

e 2x +3 e x -4 = 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 -4 = 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 · ( -4 ) 2⋅1

u1,2 = -3 ± 9 +16 2

u1,2 = -3 ± 25 2

u1 = -3 + 25 2 = -3 +5 2 = 2 2 = 1

u2 = -3 - 25 2 = -3 -5 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 - ( -4 ) = 9 4 + 4 = 9 4 + 16 4 = 25 4

x1,2 = - 3 2 ± 25 4

x1 = - 3 2 - 5 2 = - 8 2 = -4

x2 = - 3 2 + 5 2 = 2 2 = 1

Rücksubstitution:

u1: e x = 1

e x = 1 |ln(⋅)
x1 = 0 ≈ 0

u2: e x = -4

e x = -4

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e 2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={0}

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2x 3x -8 + 3x 2x -4 + 15x -9x +24 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 2 ; 8 3 }

3x 2x -4 + 2x 3x -8 + 15x -9x +24 = 0
3x 2( x -2 ) + 2x 3x -8 + 15x 3( -3x +8 ) = 0 |(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner 2( x -2 ) weg!

3x 2( x -2 ) + 2x 3x -8 + 15x 3( -3x +8 ) = 0 |⋅( 2( x -2 ) )
3x 2( x -2 ) · ( 2( x -2 ) ) + 2x 3x -8 · ( 2( x -2 ) ) + 15x 3( -3x +8 ) · ( 2( x -2 ) ) = 0
3x +2 2 x · ( x -2 ) 3x -8 +2 5 x · ( x -2 ) -3x +8 = 0
3x + 2( 2 x 2 -4x ) 3x -8 + 2( 5 x 2 -10x ) -3x +8 = 0
2( 5 x 2 -10x ) -3x +8 + 2( 2 x 2 -4x ) 3x -8 +3x = 0
2( 2 x 2 -4x ) 3x -8 + 2( 5 x 2 -10x ) -3x +8 +3x = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3x -8 weg!

2( 2 x 2 -4x ) 3x -8 + 2( 5 x 2 -10x ) -3x +8 +3x = 0 |⋅( 3x -8 )
2( 2 x 2 -4x ) 3x -8 · ( 3x -8 ) + 2( 5 x 2 -10x ) -3x +8 · ( 3x -8 ) + 3x · ( 3x -8 ) = 0
4 x 2 -8x + 2 ( 5 x 2 -10x ) · ( 3x -8 ) -3x +8 +3 x · ( 3x -8 ) = 0
4 x 2 -8x -10 x · ( x -2 )+3 x · ( 3x -8 ) = 0
4 x 2 -8x + ( -10 x 2 +20x ) + ( 9 x 2 -24x ) = 0
3 x 2 -12x = 0
3 x 2 -12x = 0
3 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

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={0; 4 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 +6 x 3 -31 x 2 -24x +108 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 +6 x 3 -31 x 2 -24x +108 = 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 108 .

-2 ist eine Lösung, denn ( -2 ) 4 +6⋅ ( -2 ) 3 -31⋅ ( -2 ) 2 -24⋅( -2 ) +108 = 0.

Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x+2) durch.

( x 4 +6 x 3 -31 x 2 -24x +108 ) : (x+2) = x 3 +4 x 2 -39x +54
-( x 4 +2 x 3 )
4 x 3 -31 x 2
-( 4 x 3 +8 x 2 )
-39 x 2 -24x
-( -39 x 2 -78x )
54x +108
-( 54x +108 )
0

es gilt also:

x 4 +6 x 3 -31 x 2 -24x +108 = ( x 3 +4 x 2 -39x +54 ) · ( x +2 )

( x 3 +4 x 2 -39x +54 ) · ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 +4 x 2 -39x +54 = 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 54 .

2 ist eine Lösung, denn 2 3 +4⋅ 2 2 -39⋅2 +54 = 0.

Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x-2) durch.

( x 3 +4 x 2 -39x +54 ) : (x-2) = x 2 +6x -27
-( x 3 -2 x 2 )
6 x 2 -39x
-( 6 x 2 -12x )
-27x +54
-( -27x +54 )
0

es gilt also:

x 3 +4 x 2 -39x +54 = ( x 2 +6x -27 ) · ( x -2 )

( x 2 +6x -27 ) · ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +6x -27 = 0

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

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

x1,2 = -6 ± 6 2 -4 · 1 · ( -27 ) 2⋅1

x1,2 = -6 ± 36 +108 2

x1,2 = -6 ± 144 2

x1 = -6 + 144 2 = -6 +12 2 = 6 2 = 3

x2 = -6 - 144 2 = -6 -12 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 = 3 2 - ( -27 ) = 9+ 27 = 36

x1,2 = -3 ± 36

x1 = -3 - 6 = -9

x2 = -3 + 6 = 3


2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

Polynomdivision mit 3

Polynomdivision mit -9


2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x4 = -2

L={ -9 ; -2 ; 2 ; 3 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 2 | 3x -12 | +3 = 9

Lösung einblenden
1 2 | 3x -12 | +3 = 9 | -3
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:

3⋅8 -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)= t x 4 -3 x 2 genau 1 Nullstelle?

Lösung einblenden

Wir setzen ft(x) = 0 und lösen die Gleichung einfach mal in Abhängigkeit von t:

t x 4 -3 x 2 = 0
x 2 · ( t x 2 -3 ) = 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:

t x 2 -3 = 0 | +3
t x 2 = 3 |: t
x 2 = 3⋅ 1 t | ⋅2
x2 = - ( 3⋅ 1 t ) = -1,7321⋅ 1 t
x3 = ( 3⋅ 1 t ) = 1,7321⋅ 1 t

Man erkennt schnell, dass die Wurzeln (und damit die beiden zugehörigen Lösungen) existieren, wenn t > 0 ist. Für t < 0 existieren die Wurzeln und die beiden Lösungen nicht, da etwas negatives unter der Wurzel steht.

Für t=0 ergibt sich folgende Lösung:

-3 x 2 = 0 |: ( -3 )
x 2 = 0 | ⋅2
x = 0

Für t ≤ 0 gibt es also 1 Lösung(en).