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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 6x -30 und g(x)= e 3x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 6x -30 = e 3x | - e 3x
e 6x - e 3x -30 = 0

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

Setze u = e 3x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 - u -30 = 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 · ( -30 ) 21

u1,2 = +1 ± 1 +120 2

u1,2 = +1 ± 121 2

u1 = 1 + 121 2 = 1 +11 2 = 12 2 = 6

u2 = 1 - 121 2 = 1 -11 2 = -10 2 = -5

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 - ( -30 ) = 1 4 + 30 = 1 4 + 120 4 = 121 4

x1,2 = 1 2 ± 121 4

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

x2 = 1 2 + 11 2 = 12 2 = 6

Rücksubstitution:

u1: e 3x = 6

e 3x = 6 |ln(⋅)
3x = ln( 6 ) |:3
x1 = 1 3 ln( 6 ) ≈ 0.5973

u2: e 3x = -5

e 3x = -5

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 3 ln( 6 ) }

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

x1 = 1 3 ln( 6 ) : f( 1 3 ln( 6 ) )= e 3( 1 3 ln( 6 ) ) = 6 Somit gilt: S1( 1 3 ln( 6 ) |6)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= -x +3 x · e 1 3 x parallel zur Geraden y = -x +5 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -x +5 gilt m = -1

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

f(x)= -x +3 x · e 1 3 x

f'(x)= 3 e 1 3 x -1 + x · e 1 3 x

Also muss gelten:

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

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

1. Fall:

x +3 = 0 | -3
x1 = -3

2. Fall:

e 1 3 x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ -3 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -1 und sind somit parallel zur Geraden y = -x +5 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 6x -12 e 4x +35 e 2x = 0

Lösung einblenden
e 6x -12 e 4x +35 e 2x = 0
( e 4x -12 e 2x +35 ) e 2x = 0

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

1. Fall:

e 4x -12 e 2x +35 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -12u +35 = 0

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

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

u1,2 = +12 ± ( -12 ) 2 -4 · 1 · 35 21

u1,2 = +12 ± 144 -140 2

u1,2 = +12 ± 4 2

u1 = 12 + 4 2 = 12 +2 2 = 14 2 = 7

u2 = 12 - 4 2 = 12 -2 2 = 10 2 = 5

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 = ( -6 ) 2 - 35 = 36 - 35 = 1

x1,2 = 6 ± 1

x1 = 6 - 1 = 5

x2 = 6 + 1 = 7

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 7

e 2x = 7 |ln(⋅)
2x = ln( 7 ) |:2
x1 = 1 2 ln( 7 ) ≈ 0.973

u2: e 2x = 5

e 2x = 5 |ln(⋅)
2x = ln( 5 ) |:2
x2 = 1 2 ln( 5 ) ≈ 0.8047

2. Fall:

e 2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 5 ) ; 1 2 ln( 7 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3x -10 + 3x 2x -4 -5 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 2 ; 10 3 }

3x 2x -4 + x 3x -10 -5 = 0
3x 2( x -2 ) + x 3x -10 -5 = 0 |(Nenner faktorisiert)

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

3x 2( x -2 ) + x 3x -10 -5 = 0 |⋅( 2( x -2 ) )
3x 2( x -2 ) · ( 2( x -2 ) ) + x 3x -10 · ( 2( x -2 ) ) -5 · ( 2( x -2 ) ) = 0
3x +2 x ( x -2 ) 3x -10 -10x +20 = 0
3x + 2( x 2 -2x ) 3x -10 -10x +20 = 0
2( x 2 -2x ) 3x -10 +3x -10x +20 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3x -10 weg!

2( x 2 -2x ) 3x -10 +3x -10x +20 = 0 |⋅( 3x -10 )
2( x 2 -2x ) 3x -10 · ( 3x -10 ) + 3x · ( 3x -10 ) -10x · ( 3x -10 ) + 20 · ( 3x -10 ) = 0
2 x 2 -4x +3 x ( 3x -10 )-10 x ( 3x -10 ) +60x -200 = 0
2 x 2 -4x + ( 9 x 2 -30x ) + ( -30 x 2 +100x ) +60x -200 = 0
-19 x 2 +126x -200 = 0

-19 x 2 +126x -200 = 0

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

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

x1,2 = -126 ± 126 2 -4 · ( -19 ) · ( -200 ) 2( -19 )

x1,2 = -126 ± 15876 -15200 -38

x1,2 = -126 ± 676 -38

x1 = -126 + 676 -38 = -126 +26 -38 = -100 -38 = 50 19 ≈ 2.63

x2 = -126 - 676 -38 = -126 -26 -38 = -152 -38 = 4

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 "-19 " teilen:

-19 x 2 +126x -200 = 0 |: -19

x 2 - 126 19 x + 200 19 = 0

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

D = ( - 63 19 ) 2 - ( 200 19 ) = 3969 361 - 200 19 = 3969 361 - 3800 361 = 169 361

x1,2 = 63 19 ± 169 361

x1 = 63 19 - 13 19 = 50 19 = 2.6315789473684

x2 = 63 19 + 13 19 = 76 19 = 4

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 50 19 ; 4 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 -9 x 2 +20x -12 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 -9 x 2 +20x -12 = 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 -12 .

1 ist eine Lösung, denn 1 3 -9 1 2 +201 -12 = 0.

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

( x 3 -9 x 2 +20x -12 ) : (x-1) = x 2 -8x +12
-( x 3 - x 2 )
-8 x 2 +20x
-( -8 x 2 +8x )
12x -12
-( 12x -12 )
0

es gilt also:

x 3 -9 x 2 +20x -12 = ( x 2 -8x +12 ) · ( x -1 )

( x 2 -8x +12 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -8x +12 = 0

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

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

x1,2 = +8 ± ( -8 ) 2 -4 · 1 · 12 21

x1,2 = +8 ± 64 -48 2

x1,2 = +8 ± 16 2

x1 = 8 + 16 2 = 8 +4 2 = 12 2 = 6

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

x1,2 = 4 ± 4

x1 = 4 - 2 = 2

x2 = 4 + 2 = 6


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit 2

Polynomdivision mit 6

L={ 1 ; 2 ; 6 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

- 1 3 | x +4 | -8 = -14

Lösung einblenden
- 1 3 | x +4 | -8 = -14 | +8
- 1 3 | x +4 | = -6 |⋅ ( -3 )
| x +4 | = 18

1. Fall: x +4 ≥ 0:

x +4 = 18 | -4
x1 = 14

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

14 +4 = 18 ≥ 0

Die Lösung 14 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: x +4 < 0:

-( x +4 ) = 18
-x -4 = 18 | +4
-x = 22 |:(-1 )
x2 = -22

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

-22 +4 = -18 < 0

Die Lösung -22 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -22 ; 14 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

Für welche Werte von t hat die Funktion ft mit ft(x)= x 2 +5x +4 t genau 1 Nullstelle?

Lösung einblenden

x 2 +5x +4 t =0 ist eine quadratische Gleichung, bei der wir am einfachsten die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel) anwenden:

x1,2 = -5 ± 5 2 -4 · 1 · 4 t 21 = -5 ± 25 -16 t 2

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

  • Ist 25 -16 t > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 25 -16 t = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 25 -16 t <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 25 -16 t = 0 wird.

25 -16t = 0
-16t +25 = 0 | -25
-16t = -25 |:(-16 )
t = 25 16

Für t = 25 16 ist also die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung.