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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= 1 - 42 x 2 und g(x)= - 1 x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

D=R\{0}

Wir multiplizieren den Nenner x 2 weg!

1 - 42 x 2 = - 1 x |⋅( x 2 )
1 · x 2 - 42 x 2 · x 2 = - 1 x · x 2
x 2 -42 = -x
x 2 -42 = -x | + x

x 2 + x -42 = 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 · 1 · ( -42 ) 21

x1,2 = -1 ± 1 +168 2

x1,2 = -1 ± 169 2

x1 = -1 + 169 2 = -1 +13 2 = 12 2 = 6

x2 = -1 - 169 2 = -1 -13 2 = -14 2 = -7

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 = - 14 2 = -7

x2 = - 1 2 + 13 2 = 12 2 = 6

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -7 ; 6 }

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

x1 = -7 : f( -7 )= - 1 ( -7 ) = 0.143 Somit gilt: S1( -7 |0.143)

x2 = 6 : f( 6 )= - 1 6 = -0.167 Somit gilt: S2( 6 |-0.167)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= -2 +12 x 2 · e - 1 4 x parallel zur Geraden y = -4 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -4 gilt m = 0

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

f(x)= -2 +12 x 2 · e - 1 4 x

f'(x)= -3 x 2 · e - 1 4 x +24 x · e - 1 4 x

Also muss gelten:

-3 x 2 · e - 1 4 x +24 x · e - 1 4 x = 0
3 ( - x 2 +8x ) e - 1 4 x = 0

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

1. Fall:

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

-x +8 = 0 | -8
-x = -8 |:(-1 )
x2 = 8

2. Fall:

e - 1 4 x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={0; 8 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 0 und sind somit parallel zur Geraden y = -4 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 4x -6 e 2x = 7

Lösung einblenden
e 4x -6 e 2x = 7 | -7
e 4x -6 e 2x -7 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -6u -7 = 0

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

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

u1,2 = +6 ± ( -6 ) 2 -4 · 1 · ( -7 ) 21

u1,2 = +6 ± 36 +28 2

u1,2 = +6 ± 64 2

u1 = 6 + 64 2 = 6 +8 2 = 14 2 = 7

u2 = 6 - 64 2 = 6 -8 2 = -2 2 = -1

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 - ( -7 ) = 9+ 7 = 16

x1,2 = 3 ± 16

x1 = 3 - 4 = -1

x2 = 3 + 4 = 7

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 7

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

u2: e 2x = -1

e 2x = -1

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 7 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

6x x -1 + 9x x -2 -6 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 2 ; 1 }

9x x -2 + 6x x -1 -6 = 0

Wir multiplizieren den Nenner x -2 weg!

9x x -2 + 6x x -1 -6 = 0 |⋅( x -2 )
9x x -2 · ( x -2 ) + 6x x -1 · ( x -2 ) -6 · ( x -2 ) = 0
9x + 6 x ( x -2 ) x -1 -6x +12 = 0
9x + 6 x 2 -12x x -1 -6x +12 = 0
6 x 2 -12x x -1 +9x -6x +12 = 0

Wir multiplizieren den Nenner x -1 weg!

6 x 2 -12x x -1 +9x -6x +12 = 0 |⋅( x -1 )
6 x 2 -12x x -1 · ( x -1 ) + 9x · ( x -1 ) -6x · ( x -1 ) + 12 · ( x -1 ) = 0
6 x 2 -12x +9 x ( x -1 )-6 x ( x -1 ) +12x -12 = 0
6 x 2 -12x + ( 9 x 2 -9x ) + ( -6 x 2 +6x ) +12x -12 = 0
9 x 2 -3x -12 = 0
9 x 2 -3x -12 = 0 |:3

3 x 2 - x -4 = 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 · 3 · ( -4 ) 23

x1,2 = +1 ± 1 +48 6

x1,2 = +1 ± 49 6

x1 = 1 + 49 6 = 1 +7 6 = 8 6 = 4 3 ≈ 1.33

x2 = 1 - 49 6 = 1 -7 6 = -6 6 = -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 "3 " teilen:

3 x 2 - x -4 = 0 |: 3

x 2 - 1 3 x - 4 3 = 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 6 ) 2 - ( - 4 3 ) = 1 36 + 4 3 = 1 36 + 48 36 = 49 36

x1,2 = 1 6 ± 49 36

x1 = 1 6 - 7 6 = - 6 6 = -1

x2 = 1 6 + 7 6 = 8 6 = 1.3333333333333

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -1 ; 4 3 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 +8 x 2 +5x -14 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 +8 x 2 +5x -14 = 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 -14 .

1 ist eine Lösung, denn 1 3 +8 1 2 +51 -14 = 0.

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

( x 3 +8 x 2 +5x -14 ) : (x-1) = x 2 +9x +14
-( x 3 - x 2 )
9 x 2 +5x
-( 9 x 2 -9x )
14x -14
-( 14x -14 )
0

es gilt also:

x 3 +8 x 2 +5x -14 = ( x 2 +9x +14 ) · ( x -1 )

( x 2 +9x +14 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +9x +14 = 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 · 14 21

x1,2 = -9 ± 81 -56 2

x1,2 = -9 ± 25 2

x1 = -9 + 25 2 = -9 +5 2 = -4 2 = -2

x2 = -9 - 25 2 = -9 -5 2 = -14 2 = -7

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 - 14 = 81 4 - 14 = 81 4 - 56 4 = 25 4

x1,2 = - 9 2 ± 25 4

x1 = - 9 2 - 5 2 = - 14 2 = -7

x2 = - 9 2 + 5 2 = - 4 2 = -2


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit -2

Polynomdivision mit -7

L={ -7 ; -2 ; 1 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 3 | -4x -8 | -7 = 9

Lösung einblenden
1 3 | -4x -8 | -7 = 9 | +7
1 3 | -4x -8 | = 16 |⋅3
| -4x -8 | = 48

1. Fall: -4x -8 ≥ 0:

-4x -8 = 48 | +8
-4x = 56 |:(-4 )
x1 = -14

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -4x -8 ≥ 0) genügt:

-4( -14 ) -8 = 48 ≥ 0

Die Lösung -14 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -4x -8 < 0:

-( -4x -8 ) = 48
4x +8 = 48 | -8
4x = 40 |:4
x2 = 10

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -4x -8 < 0) genügt:

-410 -8 = -48 < 0

Die Lösung 10 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -14 ; 10 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

ln( x 2 +2x +4 t ) = 0

x 2 +2x +4 t = 1 |-1

x 2 +2x +4 t - 1 = 0

x 2 +2x + 4t -1 =0 ist eine quadratische Gleichung, bei der wir am einfachsten die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel) anwenden:

x1,2 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( 4t -1 ) 21 = -2 ± 4 + ( -16t +4 ) 2

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

  • Ist 4 + ( -16t +4 ) > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 4 + ( -16t +4 ) = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 4 + ( -16t +4 ) <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 4 + ( -16t +4 ) = 0 wird.

4 -16t +4 = 0
-16t +8 = 0 | -8
-16t = -8 |:(-16 )
t = 1 2 = 0.5

Für t = 1 2 ist also die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung.