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Schnittpunkte berechnen
Beispiel:
Gegegben sind die Funktionen f und g mit und . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.
Um die Schnittpunkte zu berechnen, müssen wir einfach die beiden Funktionsterme gleichsetzen:
| = | | |
Diese Gleichung kann durch Substitution auf eine quadratische Gleichung zurückgeführt werden!
Setze u =
Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:
= 0
Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):
eingesetzt in x1,2 = ergibt:
u1,2 =
u1,2 =
u1,2 =
u1 = = = =
u2 = = = =
Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):
vor dem Einsetzen in x1,2 =
berechnen wir zuerst die Diskriminante D =
:
D = = =
x1,2 = ±
x1 = - = -3
x2 = + = 5
Rücksubstitution:
u1: =
| = | |ln(⋅) | ||
| x1 | = | ≈ 1.6094 |
u2: =
| = |
Diese Gleichung hat keine Lösung!
L={ }
Damit haben wir die Schnittstellen. Jetzt müssen wir die x-Werte nur noch in einen der beiden Funktionsterme einsetzen:
x1 = : f( )= = 10 Somit gilt: S1( |10)
Steigung gleichsetzen
Beispiel:
Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit parallel zur Geraden y = sind.
Für die Steigung der Geraden y = gilt m =
Die Steigungen der Tangenten an f können wir mit der Ableitungsfunktion f' berechnen.
f(x)=
f'(x)=
Also muss gelten:
| = | | |
= 0
Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):
eingesetzt in x1,2 = ergibt:
x1,2 =
x1,2 =
x1,2 =
x1 = = = =
x2 = = = =
Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):
vor dem Einsetzen in x1,2 =
berechnen wir zuerst die Diskriminante D =
:
D = = =
x1,2 = ±
x1 = - = -5
x2 = + = 1
L={ ; }
An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung und sind somit parallel zur Geraden y = .
vermischte Gleichungen
Beispiel:
Löse die folgende Gleichung:
=
| = |
Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.
1. Fall:
| = | | | ||
| = | |: | ||
| = | |ln(⋅) | ||
| = | |: | ||
| x1 | = | ≈ -0.1155 |
2. Fall:
| = | |||
| = |
Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.
1. Fall:
| = | | | ||
| x2 | = |
2. Fall:
| = | | | ||
| = | | | ||
| x3 | = | = | |
| x4 | = | = |
L={
;
;
Bruchgleichungen
Beispiel:
Löse die folgende Gleichung:
=
D=R\{
;
| = |
Wir multiplizieren den Nenner weg!
| = | |⋅( ) | ||
| = | |||
| = | |||
| = | |||
| = |
Wir multiplizieren den Nenner weg!
| = | |⋅( ) | ||
| = | |||
| = | |||
| = | |||
| = |
= 0
Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):
eingesetzt in x1,2 = ergibt:
x1,2 =
x1,2 =
x1,2 =
x1 = = = =
x2 = = = =
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 "" teilen:
=
= 0
vor dem Einsetzen in x1,2 =
berechnen wir zuerst die Diskriminante D =
:
D = = = =
x1,2 = ±
x1 = - = = -2
x2 = + = = -0.28571428571429
(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).
L={ ; }
Gleichungen mit Polynomdivision
Beispiel:
Löse die folgende Gleichung:
=
Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von
=
Das funktioniert aber nur, wenn wir eine ganzzahlige Lösung durch Ausprobieren finden.
Dazu testen wir alle Teiler (mit beiden Vorzeichen)
des Absolutglieds
.
ist eine Lösung, denn = 0.
Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x) durch.
| ( | ) | : | (x) | = | |||
| -( | ) | ||||||
| -( |
|||||||
| -( | ) | ||||||
es gilt also:
=
| = | |||
| = |
Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.
1. Fall:
| = | | | ||
| = | | |
Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!
2. Fall:
| = | | | ||
| x1 | = |
L={ }
Betragsgleichungen
Beispiel:
Löse die folgende Gleichung:
=
| = | | | ||
| = | |⋅ | ||
| = |
1. Fall: ≥ 0:
| = | | | ||
| x1 | = |
2. Fall: < 0:
| = | |||
| = | | | ||
| = | |:() | ||
| x2 | = |
Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( < 0) genügt:
= -4 < 0
Die Lösung genügt also der obigen Bedingung.
L={ ; }
Lösungsanzahl in Abh. von Parameter
Beispiel:
Für welche Werte von t hat die Funktion ft mit genau 2 Nullstellen?
Nach dem Satz vom Nullprodukt wird genau dann = 0, wenn = 0 oder = 0 gilt:
Da ja aber für alle t und alle x immer größer als 0 ist, genügt es die Nullstellen von zu untersuchen:
=0 ist eine quadratische Gleichung, bei der wir am einfachsten die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel) anwenden:
x1,2 = =
Wie viele Nullstellen jetzt hier wirklich rauskommen, hängt vom Radikand, also vom Term unter der Wurzel ab:
- Ist > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
- Ist = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
- Ist <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung
Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand = 0 wird.
| = | |||
| = |
Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.
1. Fall:
| t1 | = |
2. Fall:
| = | | | ||
| = | |: | ||
| t2 | = | = 0.5 |
Da bei eine positive Zahl vor dem t² steht, ist der Graph von eine nach oben geöffnete Parabel, bei der die Funktionswerte zwischen den Nullstellen negativ und jeweils links und rechts der Nullstellen positiv sind.
Für t < oder für t > ist also der Term unter der Wurzel positiv und es gibt zwei Lösungen.
Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( ≥ 0) genügt:
= 4 ≥ 0
Die Lösung genügt also der obigen Bedingung.