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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x -1 und g(x)= 12 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 weg!

x -1 = 12 x |⋅( x )
x · x -1 · x = 12 x · x
x · x - x = 12
x 2 - x = 12
x 2 - x = 12 | -12

x 2 - x -12 = 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 · ( -12 ) 21

x1,2 = +1 ± 1 +48 2

x1,2 = +1 ± 49 2

x1 = 1 + 49 2 = 1 +7 2 = 8 2 = 4

x2 = 1 - 49 2 = 1 -7 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 = ( - 1 2 ) 2 - ( -12 ) = 1 4 + 12 = 1 4 + 48 4 = 49 4

x1,2 = 1 2 ± 49 4

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

x2 = 1 2 + 7 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 )= 12 ( -3 ) = -4 Somit gilt: S1( -3 |-4)

x2 = 4 : f( 4 )= 12 4 = 3 Somit gilt: S2( 4 |3)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 7 x 7 - 9 4 x 4 parallel zur Geraden y = -8x +7 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -8x +7 gilt m = -8

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

f(x)= 1 7 x 7 - 9 4 x 4

f'(x)= x 6 -9 x 3

Also muss gelten:

x 6 -9 x 3 = -8 | +8
x 6 -9 x 3 +8 = 0

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

Setze u = x 3

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -9u +8 = 0

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

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

u1,2 = +9 ± ( -9 ) 2 -4 · 1 · 8 21

u1,2 = +9 ± 81 -32 2

u1,2 = +9 ± 49 2

u1 = 9 + 49 2 = 9 +7 2 = 16 2 = 8

u2 = 9 - 49 2 = 9 -7 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 = ( - 9 2 ) 2 - 8 = 81 4 - 8 = 81 4 - 32 4 = 49 4

x1,2 = 9 2 ± 49 4

x1 = 9 2 - 7 2 = 2 2 = 1

x2 = 9 2 + 7 2 = 16 2 = 8

Rücksubstitution:

u1: x 3 = 8

x 3 = 8 | 3
x1 = 8 3 = 2

u2: x 3 = 1

x 3 = 1 | 3
x2 = 1 3 = 1

L={ 1 ; 2 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -8 und sind somit parallel zur Geraden y = -8x +7 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

-2 e 3x -15 = - e 6x

Lösung einblenden
-2 e 3x -15 = - e 6x | + e 6x
e 6x -2 e 3x -15 = 0

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

Setze u = e 3x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -2u -15 = 0

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

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

u1,2 = +2 ± ( -2 ) 2 -4 · 1 · ( -15 ) 21

u1,2 = +2 ± 4 +60 2

u1,2 = +2 ± 64 2

u1 = 2 + 64 2 = 2 +8 2 = 10 2 = 5

u2 = 2 - 64 2 = 2 -8 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 = ( -1 ) 2 - ( -15 ) = 1+ 15 = 16

x1,2 = 1 ± 16

x1 = 1 - 4 = -3

x2 = 1 + 4 = 5

Rücksubstitution:

u1: e 3x = 5

e 3x = 5 |ln(⋅)
3x = ln( 5 ) |:3
x1 = 1 3 ln( 5 ) ≈ 0.5365

u2: e 3x = -3

e 3x = -3

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 3 ln( 5 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3x +1 x -1 + x +1 3x +7 -3 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ - 7 3 ; 1 }

x +1 3x +7 + 3x +1 x -1 -3 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3x +7 weg!

x +1 3x +7 + 3x +1 x -1 -3 = 0 |⋅( 3x +7 )
x +1 3x +7 · ( 3x +7 ) + 3x +1 x -1 · ( 3x +7 ) -3 · ( 3x +7 ) = 0
x +1 + ( 3x +1 ) ( 3x +7 ) x -1 -9x -21 = 0
x +1 + 9 x 2 +24x +7 x -1 -9x -21 = 0
9 x 2 +24x +7 x -1 + x -9x +1 -21 = 0

Wir multiplizieren den Nenner x -1 weg!

9 x 2 +24x +7 x -1 + x -9x +1 -21 = 0 |⋅( x -1 )
9 x 2 +24x +7 x -1 · ( x -1 ) + x · ( x -1 ) -9x · ( x -1 ) + 1 · ( x -1 ) -21 · ( x -1 ) = 0
9 x 2 +24x +7 + x ( x -1 )-9 x ( x -1 ) + x -1 -21x +21 = 0
9 x 2 +24x +7 + ( x 2 - x ) + ( -9 x 2 +9x ) + x -1 -21x +21 = 0
x 2 +12x +27 = 0

x 2 +12x +27 = 0

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

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

x1,2 = -12 ± 12 2 -4 · 1 · 27 21

x1,2 = -12 ± 144 -108 2

x1,2 = -12 ± 36 2

x1 = -12 + 36 2 = -12 +6 2 = -6 2 = -3

x2 = -12 - 36 2 = -12 -6 2 = -18 2 = -9

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 - 27 = 36 - 27 = 9

x1,2 = -6 ± 9

x1 = -6 - 3 = -9

x2 = -6 + 3 = -3

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -9 ; -3 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 + x 2 -65x +63 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 + x 2 -65x +63 = 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 63 .

1 ist eine Lösung, denn 1 3 + 1 2 -651 +63 = 0.

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

( x 3 + x 2 -65x +63 ) : (x-1) = x 2 +2x -63
-( x 3 - x 2 )
2 x 2 -65x
-( 2 x 2 -2x )
-63x +63
-( -63x +63 )
0

es gilt also:

x 3 + x 2 -65x +63 = ( x 2 +2x -63 ) · ( x -1 )

( x 2 +2x -63 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +2x -63 = 0

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

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

x1,2 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( -63 ) 21

x1,2 = -2 ± 4 +252 2

x1,2 = -2 ± 256 2

x1 = -2 + 256 2 = -2 +16 2 = 14 2 = 7

x2 = -2 - 256 2 = -2 -16 2 = -18 2 = -9

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 - ( -63 ) = 1+ 63 = 64

x1,2 = -1 ± 64

x1 = -1 - 8 = -9

x2 = -1 + 8 = 7


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit 7

Polynomdivision mit -9

L={ -9 ; 1 ; 7 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 3 | 3x +9 | +2 = 8

Lösung einblenden
1 3 | 3x +9 | +2 = 8 | -2
1 3 | 3x +9 | = 6 |⋅3
| 3x +9 | = 18

1. Fall: 3x +9 ≥ 0:

3x +9 = 18 | -9
3x = 9 |:3
x1 = 3

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

33 +9 = 18 ≥ 0

Die Lösung 3 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 3x +9 < 0:

-( 3x +9 ) = 18
-3x -9 = 18 | +9
-3x = 27 |:(-3 )
x2 = -9

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

3( -9 ) +9 = -18 < 0

Die Lösung -9 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -9 ; 3 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

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

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

x 2 + x -4 t - 1 = 0

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

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

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

  • Ist 1 + 16t +4 > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 1 + 16t +4 = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 1 + 16t +4 <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 1 + 16t +4 = 0 wird.

1 +16t +4 = 0
16t +5 = 0 | -5
16t = -5 |:16
t = - 5 16

Da rechts der Nullstelle t= - 5 16 beispielsweise für t = 1 der Radikand 1 + ( 161 +4 ) = 21 > 0 wird, sind also die Funktionswerte von 1 + 16t +4 für t > - 5 16 größer 0 und für t < - 5 16 kleiner 0

Für t > - 5 16 ist also der Term unter der Wurzel positiv und es gibt zwei Lösungen.