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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 8x -24 e 2x und g(x)= 2 e 5x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 8x -24 e 2x = 2 e 5x | -2 e 5x
e 8x -2 e 5x -24 e 2x = 0
( e 6x -2 e 3x -24 ) e 2x = 0

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

1. Fall:

e 6x -2 e 3x -24 = 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 -24 = 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 · ( -24 ) 21

u1,2 = +2 ± 4 +96 2

u1,2 = +2 ± 100 2

u1 = 2 + 100 2 = 2 +10 2 = 12 2 = 6

u2 = 2 - 100 2 = 2 -10 2 = -8 2 = -4

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 - ( -24 ) = 1+ 24 = 25

x1,2 = 1 ± 25

x1 = 1 - 5 = -4

x2 = 1 + 5 = 6

Rücksubstitution:

u1: e 3x = 6

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

u2: e 3x = -4

e 3x = -4

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e 2x = 0

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 ) )= 2 e 5( 1 3 ln( 6 ) ) = 39.623 Somit gilt: S1( 1 3 ln( 6 ) |39.623)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 4 e 4x -6 e 2x parallel zur Geraden y = -35x -7 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -35x -7 gilt m = -35

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

f(x)= 1 4 e 4x -6 e 2x

f'(x)= e 4x -12 e 2x

Also muss gelten:

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

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

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -35 und sind somit parallel zur Geraden y = -35x -7 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 3x + e 2x = 12 e x

Lösung einblenden
e 3x + e 2x = 12 e x | -12 e x
e 3x + e 2x -12 e x = 0
( e 2x + e x -12 ) e x = 0

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

1. Fall:

e 2x + e x -12 = 0

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

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 + u -12 = 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 · ( -12 ) 21

u1,2 = -1 ± 1 +48 2

u1,2 = -1 ± 49 2

u1 = -1 + 49 2 = -1 +7 2 = 6 2 = 3

u2 = -1 - 49 2 = -1 -7 2 = -8 2 = -4

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 = - 8 2 = -4

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

Rücksubstitution:

u1: e x = 3

e x = 3 |ln(⋅)
x1 = ln( 3 ) ≈ 1.0986

u2: e x = -4

e x = -4

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ ln( 3 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

12x 2x -1 + 2x -1 3x -5 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 1 2 ; 0}

12x 2x -1 + 2x -1 3x -5 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 2x -1 weg!

12x 2x -1 + 2x -1 3x -5 = 0 |⋅( 2x -1 )
12x 2x -1 · ( 2x -1 ) + 2x -1 3x · ( 2x -1 ) -5 · ( 2x -1 ) = 0
12x + ( 2x -1 ) ( 2x -1 ) 3x -10x +5 = 0
12x + 4 x 2 -4x +1 3x -10x +5 = 0
4 x 2 -4x +1 3x +12x -10x +5 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3x weg!

4 x 2 -4x +1 3x +12x -10x +5 = 0 |⋅( 3x )
4 x 2 -4x +1 3x · 3x + 12x · 3x -10x · 3x + 5 · 3x = 0
4 x 2 -4x +1 +36 x · x -30 x · x +15x = 0
4 x 2 -4x +1 +36 x 2 -30 x 2 +15x = 0
10 x 2 +11x +1 = 0

10 x 2 +11x +1 = 0

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

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

x1,2 = -11 ± 11 2 -4 · 10 · 1 210

x1,2 = -11 ± 121 -40 20

x1,2 = -11 ± 81 20

x1 = -11 + 81 20 = -11 +9 20 = -2 20 = -0,1

x2 = -11 - 81 20 = -11 -9 20 = -20 20 = -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 "10 " teilen:

10 x 2 +11x +1 = 0 |: 10

x 2 + 11 10 x + 1 10 = 0

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

D = ( 11 20 ) 2 - ( 1 10 ) = 121 400 - 1 10 = 121 400 - 40 400 = 81 400

x1,2 = - 11 20 ± 81 400

x1 = - 11 20 - 9 20 = - 20 20 = -1

x2 = - 11 20 + 9 20 = - 2 20 = -0.1

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -1 ; -0,1 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3 x 3 -25 x 2 -23x +45 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von 3 x 3 -25 x 2 -23x +45 = 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 45 .

1 ist eine Lösung, denn 3 1 3 -25 1 2 -231 +45 = 0.

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

( 3 x 3 -25 x 2 -23x +45 ) : (x-1) = 3 x 2 -22x -45
-( 3 x 3 -3 x 2 )
-22 x 2 -23x
-( -22 x 2 +22x )
-45x +45
-( -45x +45 )
0

es gilt also:

3 x 3 -25 x 2 -23x +45 = ( 3 x 2 -22x -45 ) · ( x -1 )

( 3 x 2 -22x -45 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

3 x 2 -22x -45 = 0

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

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

x1,2 = +22 ± ( -22 ) 2 -4 · 3 · ( -45 ) 23

x1,2 = +22 ± 484 +540 6

x1,2 = +22 ± 1024 6

x1 = 22 + 1024 6 = 22 +32 6 = 54 6 = 9

x2 = 22 - 1024 6 = 22 -32 6 = -10 6 = - 5 3

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 -22x -45 = 0 |: 3

x 2 - 22 3 x -15 = 0

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

D = ( - 11 3 ) 2 - ( -15 ) = 121 9 + 15 = 121 9 + 135 9 = 256 9

x1,2 = 11 3 ± 256 9

x1 = 11 3 - 16 3 = - 5 3 = -1.6666666666667

x2 = 11 3 + 16 3 = 27 3 = 9


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit 9

L={ - 5 3 ; 1 ; 9 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

- 1 2 | 4x -20 | +9 = -7

Lösung einblenden
- 1 2 | 4x -20 | +9 = -7 | -9
- 1 2 | 4x -20 | = -16 |⋅ ( -2 )
| 4x -20 | = 32

1. Fall: 4x -20 ≥ 0:

4x -20 = 32 | +20
4x = 52 |:4
x1 = 13

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 4x -20 ≥ 0) genügt:

413 -20 = 32 ≥ 0

Die Lösung 13 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 4x -20 < 0:

-( 4x -20 ) = 32
-4x +20 = 32 | -20
-4x = 12 |:(-4 )
x2 = -3

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( 4x -20 < 0) genügt:

4( -3 ) -20 = -32 < 0

Die Lösung -3 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -3 ; 13 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x1,2 = -4 ± 4 2 -4 · 1 · ( -5 t ) 21 = -4 ± 16 +20 t 2

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

  • Ist 16 +20 t > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 16 +20 t = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 16 +20 t <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 16 +20 t = 0 wird.

16 +20t = 0
20t +16 = 0 | -16
20t = -16 |:20
t = - 4 5 = -0.8

Für t = - 4 5 ist also die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung.