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 -x +1 und g(x)= 42 e -2x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

- e -x +1 = 42 e -2x | -42 e -2x
- e -x -42 e -2x +1 = 0

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

- e -x -42 e -2x +1 = 0 |⋅ e 2x
e 2x - e x -42 = 0

Setze u = e x

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 x = 7

e x = 7 |ln(⋅)
x1 = ln( 7 ) ≈ 1.9459

u2: e x = -6

e x = -6

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ ln( 7 ) }

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

x1 = ln( 7 ) : f( ln( 7 ) )= 42 e -2( ln( 7 ) ) = 0.857 Somit gilt: S1( ln( 7 ) |0.857)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= -x -2 +3 x · e 2x 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 -2 +3 x · e 2x

f'(x)= 3 e 2x -1 +6 x · e 2x

Also muss gelten:

3 e 2x -1 +6 x · e 2x = -1 | +1
3 e 2x -1 +1 +6 x · e 2x = 0
3 e 2x +6 x · e 2x = 0
3 ( 2x +1 ) e 2x = 0

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

1. Fall:

2x +1 = 0 | -1
2x = -1 |:2
x1 = - 1 2 = -0.5

2. Fall:

e 2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ - 1 2 }

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:

( 4 e 2x -3 ) · ( x 4 -16 x 2 ) = 0

Lösung einblenden
( 4 e 2x -3 ) ( x 4 -16 x 2 ) = 0

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

1. Fall:

4 e 2x -3 = 0 | +3
4 e 2x = 3 |:4
e 2x = 3 4 |ln(⋅)
2x = ln( 3 4 ) |:2
x1 = 1 2 ln( 3 4 ) ≈ -0.1438

2. Fall:

x 4 -16 x 2 = 0
x 2 ( x 2 -16 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x2 = 0

2. Fall:

x 2 -16 = 0 | +16
x 2 = 16 | 2
x3 = - 16 = -4
x4 = 16 = 4

L={ -4 ; 1 2 ln( 3 4 ) ; 0; 4 }

0 ist 2-fache Lösung!

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2x -1 3x +9 + 2x 3x +8 -5 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ - 8 3 ; -3 }

2x 3x +8 + 2x -1 3x +9 -5 = 0
2x 3x +8 + 2x -1 3( x +3 ) -5 = 0 |(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner 3x +8 weg!

2x 3x +8 + 2x -1 3( x +3 ) -5 = 0 |⋅( 3x +8 )
2x 3x +8 · ( 3x +8 ) + 2x -1 3( x +3 ) · ( 3x +8 ) -5 · ( 3x +8 ) = 0
2x + ( 2x -1 ) ( 3x +8 ) 3( x +3 ) -15x -40 = 0
2x + 6 x 2 +13x -8 3( x +3 ) -15x -40 = 0
6 x 2 +13x -8 3( x +3 ) +2x -15x -40 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3( x +3 ) weg!

6 x 2 +13x -8 3( x +3 ) +2x -15x -40 = 0 |⋅( 3( x +3 ) )
6 x 2 +13x -8 3( x +3 ) · ( 3( x +3 ) ) + 2x · ( 3( x +3 ) ) -15x · ( 3( x +3 ) ) -40 · ( 3( x +3 ) ) = 0
6 x 2 +13x -8 +6 x ( x +3 )-45 x ( x +3 ) -120x -360 = 0
6 x 2 +13x -8 + ( 6 x 2 +18x ) + ( -45 x 2 -135x ) -120x -360 = 0
-33 x 2 -224x -368 = 0

-33 x 2 -224x -368 = 0

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

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

x1,2 = +224 ± ( -224 ) 2 -4 · ( -33 ) · ( -368 ) 2( -33 )

x1,2 = +224 ± 50176 -48576 -66

x1,2 = +224 ± 1600 -66

x1 = 224 + 1600 -66 = 224 +40 -66 = 264 -66 = -4

x2 = 224 - 1600 -66 = 224 -40 -66 = 184 -66 = - 92 33

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 "-33 " teilen:

-33 x 2 -224x -368 = 0 |: -33

x 2 + 224 33 x + 368 33 = 0

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

D = ( 112 33 ) 2 - ( 368 33 ) = 12544 1089 - 368 33 = 12544 1089 - 12144 1089 = 400 1089

x1,2 = - 112 33 ± 400 1089

x1 = - 112 33 - 20 33 = - 132 33 = -4

x2 = - 112 33 + 20 33 = - 92 33 = -2.7878787878788

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -4 ; - 92 33 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 +11 x 3 +26 x 2 -44x -120 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 +11 x 3 +26 x 2 -44x -120 = 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 -120 .

-2 ist eine Lösung, denn ( -2 ) 4 +11 ( -2 ) 3 +26 ( -2 ) 2 -44( -2 ) -120 = 0.

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

( x 4 +11 x 3 +26 x 2 -44x -120 ) : (x+2) = x 3 +9 x 2 +8x -60
-( x 4 +2 x 3 )
9 x 3 +26 x 2
-( 9 x 3 +18 x 2 )
8 x 2 -44x
-( 8 x 2 +16x )
-60x -120
-( -60x -120 )
0

es gilt also:

x 4 +11 x 3 +26 x 2 -44x -120 = ( x 3 +9 x 2 +8x -60 ) · ( x +2 )

( x 3 +9 x 2 +8x -60 ) ( 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 +9 x 2 +8x -60 = 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 -60 .

2 ist eine Lösung, denn 2 3 +9 2 2 +82 -60 = 0.

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

( x 3 +9 x 2 +8x -60 ) : (x-2) = x 2 +11x +30
-( x 3 -2 x 2 )
11 x 2 +8x
-( 11 x 2 -22x )
30x -60
-( 30x -60 )
0

es gilt also:

x 3 +9 x 2 +8x -60 = ( x 2 +11x +30 ) · ( x -2 )

( x 2 +11x +30 ) ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +11x +30 = 0

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

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

x1,2 = -11 ± 11 2 -4 · 1 · 30 21

x1,2 = -11 ± 121 -120 2

x1,2 = -11 ± 1 2

x1 = -11 + 1 2 = -11 +1 2 = -10 2 = -5

x2 = -11 - 1 2 = -11 -1 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 = ( 11 2 ) 2 - 30 = 121 4 - 30 = 121 4 - 120 4 = 1 4

x1,2 = - 11 2 ± 1 4

x1 = - 11 2 - 1 2 = - 12 2 = -6

x2 = - 11 2 + 1 2 = - 10 2 = -5


2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

Polynomdivision mit -5

Polynomdivision mit -6


2. Fall:

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

L={ -6 ; -5 ; -2 ; 2 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 2 | -x -4 | -9 = -7

Lösung einblenden
1 2 | -x -4 | -9 = -7 | +9
1 2 | -x -4 | = 2 |⋅2
| -x -4 | = 4

1. Fall: -x -4 ≥ 0:

-x -4 = 4 | +4
-x = 8 |:(-1 )
x1 = -8

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -x -4 ≥ 0) genügt:

-( -8 ) -4 = 4 ≥ 0

Die Lösung -8 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -x -4 < 0:

-( -x -4 ) = 4
x +4 = 4 | -4
x2 = 0

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -x -4 < 0) genügt:

-0 -4 = -4 < 0

Die Lösung 0 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -8 ; 0}

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

Für welche Werte von t hat die Funktion ft mit ft(x)= -5 x 5 -4 t x 3 genau 1 Nullstelle?

Lösung einblenden

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

-5 x 5 -4 t x 3 = 0
- x 3 ( 5 x 2 +4 t ) = 0

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

1. Fall:

x 3 = 0 | 3
x1 = 0

2. Fall:

5 x 2 +4 t = 0 | - ( 4 t )
5 x 2 = -4 t |:5
x 2 = - 4 5 t | 2
x2 = - ( - 4 5 t ) = - ( - 4 5 t )
x3 = ( - 4 5 t ) = ( - 4 5 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 fallen die beiden Lösungen mit den Wurzeln zu einer einzigen Lösung x=0 zusammen.

Für t ≥ 0 gibt es also 1 Lösung(en).