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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 5x -10 e -x und g(x)= 3 e 2x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 5x -10 e -x = 3 e 2x | -3 e 2x
e 5x -3 e 2x -10 e -x = 0
( e 6x -3 e 3x -10 ) · e -x = 0

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

1. Fall:

e 6x -3 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 -3u -10 = 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 · ( -10 ) 21

u1,2 = +3 ± 9 +40 2

u1,2 = +3 ± 49 2

u1 = 3 + 49 2 = 3 +7 2 = 10 2 = 5

u2 = 3 - 49 2 = 3 -7 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 = ( - 3 2 ) 2 - ( -10 ) = 9 4 + 10 = 9 4 + 40 4 = 49 4

x1,2 = 3 2 ± 49 4

x1 = 3 2 - 7 2 = - 4 2 = -2

x2 = 3 2 + 7 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

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e -x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 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( 5 ) : f( 1 3 ln( 5 ) )= 3 e 2( 1 3 ln( 5 ) ) = 8.772 Somit gilt: S1( 1 3 ln( 5 ) |8.772)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 7 x 7 +2 x 4 parallel zur Geraden y = 7 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 7 gilt m = 0

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

f(x)= 1 7 x 7 +2 x 4

f'(x)= x 6 +8 x 3

Also muss gelten:

x 6 +8 x 3 = 0
x 3 · ( x 3 +8 ) = 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:

x 3 +8 = 0 | -8
x 3 = -8 | 3
x2 = - 8 3 = -2

L={ -2 ; 0}

0 ist 3-fache Lösung!

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 0 und sind somit parallel zur Geraden y = 7 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

( -2 e -3x +7 ) · ( x 2 -9 ) = 0

Lösung einblenden
( -2 e -3x +7 ) · ( x 2 -9 ) = 0

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

1. Fall:

-2 e -3x +7 = 0 | -7
-2 e -3x = -7 |:-2
e -3x = 7 2 |ln(⋅)
-3x = ln( 7 2 ) |:-3
x1 = - 1 3 ln( 7 2 ) ≈ -0.4176

2. Fall:

x 2 -9 = 0 | +9
x 2 = 9 | 2
x2 = - 9 = -3
x3 = 9 = 3

L={ -3 ; - 1 3 ln( 7 2 ) ; 3 }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x -2 2x -6 + 2x 3x -8 + 3x -4x +12 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 8 3 ; 3 }

2x 3x -8 + x -2 2x -6 + 3x -4x +12 = 0
2x 3x -8 + x -2 2( x -3 ) + 3x 4( -x +3 ) = 0 |(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner 3x -8 weg!

2x 3x -8 + x -2 2( x -3 ) + 3x 4( -x +3 ) = 0 |⋅( 3x -8 )
2x 3x -8 · ( 3x -8 ) + x -2 2( x -3 ) · ( 3x -8 ) + 3x 4( -x +3 ) · ( 3x -8 ) = 0
2x + ( x -2 ) · ( 3x -8 ) 2( x -3 ) + 3 x · ( 3x -8 ) 4( -x +3 ) = 0
2x + 3 x 2 -14x +16 2( x -3 ) + 9 x 2 -24x 4( -x +3 ) = 0
9 x 2 -24x 4( -x +3 ) + 3 x 2 -14x +16 2( x -3 ) +2x = 0
3 x 2 -14x +16 2( x -3 ) + 9 x 2 -24x 4( -x +3 ) +2x = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2( x -3 ) weg!

3 x 2 -14x +16 2( x -3 ) + 9 x 2 -24x 4( -x +3 ) +2x = 0 |⋅( 2( x -3 ) )
3 x 2 -14x +16 2( x -3 ) · ( 2( x -3 ) ) + 9 x 2 -24x 4( -x +3 ) · ( 2( x -3 ) ) + 2x · ( 2( x -3 ) ) = 0
3 x 2 -14x +16 +2 ( 9 x 2 -24x ) · ( x -3 ) 4( -x +3 ) +4 x · ( x -3 ) = 0
3 x 2 -14x +16 - 3 2 x · ( 3x -8 )+4 x · ( x -3 ) = 0
3 x 2 -14x +16 + ( - 9 2 x 2 +12x ) + ( 4 x 2 -12x ) = 0
5 2 x 2 -14x +16 = 0
5 2 x 2 -14x +16 = 0 |⋅ 2
2( 5 2 x 2 -14x +16 ) = 0

5 x 2 -28x +32 = 0

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

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

x1,2 = +28 ± ( -28 ) 2 -4 · 5 · 32 25

x1,2 = +28 ± 784 -640 10

x1,2 = +28 ± 144 10

x1 = 28 + 144 10 = 28 +12 10 = 40 10 = 4

x2 = 28 - 144 10 = 28 -12 10 = 16 10 = 1,6

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 "5 " teilen:

5 x 2 -28x +32 = 0 |: 5

x 2 - 28 5 x + 32 5 = 0

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

D = ( - 14 5 ) 2 - ( 32 5 ) = 196 25 - 32 5 = 196 25 - 160 25 = 36 25

x1,2 = 14 5 ± 36 25

x1 = 14 5 - 6 5 = 8 5 = 1.6

x2 = 14 5 + 6 5 = 20 5 = 4

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 1,6 ; 4 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 -2 x 2 -13x -10 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 -2 x 2 -13x -10 = 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 -10 .

-1 ist eine Lösung, denn ( -1 ) 3 -2 ( -1 ) 2 -13( -1 ) -10 = 0.

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

( x 3 -2 x 2 -13x -10 ) : (x+1) = x 2 -3x -10
-( x 3 + x 2 )
-3 x 2 -13x
-( -3 x 2 -3x )
-10x -10
-( -10x -10 )
0

es gilt also:

x 3 -2 x 2 -13x -10 = ( x 2 -3x -10 ) · ( x +1 )

( x 2 -3x -10 ) · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -3x -10 = 0

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

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

x1,2 = +3 ± ( -3 ) 2 -4 · 1 · ( -10 ) 21

x1,2 = +3 ± 9 +40 2

x1,2 = +3 ± 49 2

x1 = 3 + 49 2 = 3 +7 2 = 10 2 = 5

x2 = 3 - 49 2 = 3 -7 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 = ( - 3 2 ) 2 - ( -10 ) = 9 4 + 10 = 9 4 + 40 4 = 49 4

x1,2 = 3 2 ± 49 4

x1 = 3 2 - 7 2 = - 4 2 = -2

x2 = 3 2 + 7 2 = 10 2 = 5


2. Fall:

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

Polynomdivision mit -2

Polynomdivision mit 5

L={ -2 ; -1 ; 5 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 2 | 2x +6 | -4 = 0

Lösung einblenden
1 2 | 2x +6 | -4 = 0 | +4
1 2 | 2x +6 | = 4 |⋅2
| 2x +6 | = 8

1. Fall: 2x +6 ≥ 0:

2x +6 = 8 | -6
2x = 2 |:2
x1 = 1

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 2x +6 ≥ 0) genügt:

21 +6 = 8 ≥ 0

Die Lösung 1 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 2x +6 < 0:

-( 2x +6 ) = 8
-2x -6 = 8 | +6
-2x = 14 |:(-2 )
x2 = -7

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 2x +6 < 0) genügt:

2( -7 ) +6 = -8 < 0

Die Lösung -7 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -7 ; 1 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

Für welche Werte von t hat die Funktion ft mit ft(x)= -2 t x 2 +5 genau 0 Nullstellen?

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

-2 t x 2 +5 = 0 | -5
-2 t x 2 = -5 |: ( -2 t )
x 2 = 5 2 1 t | 2
x1 = - ( 5 2 1 t ) = - 2,2361 1,4142 1 t
x2 = ( 5 2 1 t ) = 2,2361 1,4142 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:

5 = 0 | -5
0 = -5

Diese Gleichung hat keine Lösung!

Für t ≤ 0 gibt es also 0 Lösung(en).