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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= 1 + 12 x 2 und g(x)= 7 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 + 12 x 2 = 7 x |⋅( x 2 )
1 · x 2 + 12 x 2 · x 2 = 7 x · x 2
x 2 +12 = 7x
x 2 +12 = 7x | -7x

x 2 -7x +12 = 0

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

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

x1,2 = +7 ± ( -7 ) 2 -4 · 1 · 12 21

x1,2 = +7 ± 49 -48 2

x1,2 = +7 ± 1 2

x1 = 7 + 1 2 = 7 +1 2 = 8 2 = 4

x2 = 7 - 1 2 = 7 -1 2 = 6 2 = 3

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 = ( - 7 2 ) 2 - 12 = 49 4 - 12 = 49 4 - 48 4 = 1 4

x1,2 = 7 2 ± 1 4

x1 = 7 2 - 1 2 = 6 2 = 3

x2 = 7 2 + 1 2 = 8 2 = 4

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 3 ; 4 }

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

x1 = 3 : f( 3 )= 7 3 = 2.333 Somit gilt: S1( 3 |2.333)

x2 = 4 : f( 4 )= 7 4 = 1.75 Somit gilt: S2( 4 |1.75)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 5 x 5 + 4 3 x 3 parallel zur Geraden y = 32x sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 32x gilt m = 32

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

f(x)= 1 5 x 5 + 4 3 x 3

f'(x)= x 4 +4 x 2

Also muss gelten:

x 4 +4 x 2 = 32 | -32
x 4 +4 x 2 -32 = 0

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

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +4u -32 = 0

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

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

u1,2 = -4 ± 4 2 -4 · 1 · ( -32 ) 21

u1,2 = -4 ± 16 +128 2

u1,2 = -4 ± 144 2

u1 = -4 + 144 2 = -4 +12 2 = 8 2 = 4

u2 = -4 - 144 2 = -4 -12 2 = -16 2 = -8

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 = 2 2 - ( -32 ) = 4+ 32 = 36

x1,2 = -2 ± 36

x1 = -2 - 6 = -8

x2 = -2 + 6 = 4

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 4

x 2 = 4 | 2
x1 = - 4 = -2
x2 = 4 = 2

u2: x 2 = -8

x 2 = -8 | 2

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

L={ -2 ; 2 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 32 und sind somit parallel zur Geraden y = 32x .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 6x -3 e 4x = 18 e 2x

Lösung einblenden
e 6x -3 e 4x = 18 e 2x | -18 e 2x
e 6x -3 e 4x -18 e 2x = 0
( e 4x -3 e 2x -18 ) e 2x = 0

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

1. Fall:

e 4x -3 e 2x -18 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -3u -18 = 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 · ( -18 ) 21

u1,2 = +3 ± 9 +72 2

u1,2 = +3 ± 81 2

u1 = 3 + 81 2 = 3 +9 2 = 12 2 = 6

u2 = 3 - 81 2 = 3 -9 2 = -6 2 = -3

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 - ( -18 ) = 9 4 + 18 = 9 4 + 72 4 = 81 4

x1,2 = 3 2 ± 81 4

x1 = 3 2 - 9 2 = - 6 2 = -3

x2 = 3 2 + 9 2 = 12 2 = 6

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 6

e 2x = 6 |ln(⋅)
2x = ln( 6 ) |:2
x1 = 1 2 ln( 6 ) ≈ 0.8959

u2: e 2x = -3

e 2x = -3

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e 2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 6 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3x -4 x + 3x 3x +9 -8 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ -3 ; 0}

3x 3x +9 + 3x -4 x -8 = 0
3x 3( x +3 ) + 3x -4 x -8 = 0 |(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner x +3 weg!

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

Wir multiplizieren den Nenner x weg!

3 x 2 +5x -12 x + x -8x -24 = 0 |⋅( x )
3 x 2 +5x -12 x · x + x · x -8x · x -24 · x = 0
3 x 2 +5x -12 + x · x -8 x · x -24x = 0
3 x 2 +5x -12 + x 2 -8 x 2 -24x = 0
-4 x 2 -19x -12 = 0

-4 x 2 -19x -12 = 0

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

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

x1,2 = +19 ± ( -19 ) 2 -4 · ( -4 ) · ( -12 ) 2( -4 )

x1,2 = +19 ± 361 -192 -8

x1,2 = +19 ± 169 -8

x1 = 19 + 169 -8 = 19 +13 -8 = 32 -8 = -4

x2 = 19 - 169 -8 = 19 -13 -8 = 6 -8 = -0,75

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 "-4 " teilen:

-4 x 2 -19x -12 = 0 |: -4

x 2 + 19 4 x +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 = ( 19 8 ) 2 - 3 = 361 64 - 3 = 361 64 - 192 64 = 169 64

x1,2 = - 19 8 ± 169 64

x1 = - 19 8 - 13 8 = - 32 8 = -4

x2 = - 19 8 + 13 8 = - 6 8 = -0.75

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -4 ; -0,75 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2 x 3 -7 x 2 -7x +12 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von 2 x 3 -7 x 2 -7x +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 2 1 3 -7 1 2 -71 +12 = 0.

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

( 2 x 3 -7 x 2 -7x +12 ) : (x-1) = 2 x 2 -5x -12
-( 2 x 3 -2 x 2 )
-5 x 2 -7x
-( -5 x 2 +5x )
-12x +12
-( -12x +12 )
0

es gilt also:

2 x 3 -7 x 2 -7x +12 = ( 2 x 2 -5x -12 ) · ( x -1 )

( 2 x 2 -5x -12 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

2 x 2 -5x -12 = 0

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

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

x1,2 = +5 ± ( -5 ) 2 -4 · 2 · ( -12 ) 22

x1,2 = +5 ± 25 +96 4

x1,2 = +5 ± 121 4

x1 = 5 + 121 4 = 5 +11 4 = 16 4 = 4

x2 = 5 - 121 4 = 5 -11 4 = -6 4 = -1,5

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 "2 " teilen:

2 x 2 -5x -12 = 0 |: 2

x 2 - 5 2 x -6 = 0

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

D = ( - 5 4 ) 2 - ( -6 ) = 25 16 + 6 = 25 16 + 96 16 = 121 16

x1,2 = 5 4 ± 121 16

x1 = 5 4 - 11 4 = - 6 4 = -1.5

x2 = 5 4 + 11 4 = 16 4 = 4


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit 4

L={ -1,5 ; 1 ; 4 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

- 1 2 | -3x +9 | -9 = -24

Lösung einblenden
- 1 2 | -3x +9 | -9 = -24 | +9
- 1 2 | -3x +9 | = -15 |⋅ ( -2 )
| -3x +9 | = 30

1. Fall: -3x +9 ≥ 0:

-3x +9 = 30 | -9
-3x = 21 |:(-3 )
x1 = -7

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -3x +9 ≥ 0) genügt:

-3( -7 ) +9 = 30 ≥ 0

Die Lösung -7 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -3x +9 < 0:

-( -3x +9 ) = 30
3x -9 = 30 | +9
3x = 39 |:3
x2 = 13

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -3x +9 < 0) genügt:

-313 +9 = -30 < 0

Die Lösung 13 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -7 ; 13 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

ln( x 2 -5x -4 t ) = 0

x 2 -5x -4 t = 1 |-1

x 2 -5x -4 t - 1 = 0

x 2 -5x + ( -4t -1 ) =0 ist eine quadratische Gleichung, bei der wir am einfachsten die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel) anwenden:

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

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

  • Ist 25 + 16t +4 > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 25 + 16t +4 = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 25 + 16t +4 <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 25 + 16t +4 = 0 wird.

25 +16t +4 = 0
16t +29 = 0 | -29
16t = -29 |:16
t = - 29 16

Für t = - 29 16 ist also die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung.