nach Aufgabentypen suchen

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Browserfenster aktualisieren (F5), um neue Beispiele bei den Aufgabentypen zu sehen

Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 7 und g(x)= x 4 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

x 7 = x 4 | - x 4
x 7 - x 4 = 0
x 4 · ( x 3 -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 4 = 0 | 4
x1 = 0

2. Fall:

x 3 -1 = 0 | +1
x 3 = 1 | 3
x2 = 1 3 = 1

L={0; 1 }

0 ist 4-fache Lösung!

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

x1 = 0: f(0)= 0 4 = 0 Somit gilt: S1(0|0)

x2 = 1 : f( 1 )= 1 4 = 1 Somit gilt: S2( 1 |1)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -x -2 gilt m = -1

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

f(x)= -x +2 +2 x 2 · e 2x

f'(x)= -1 +4 x 2 · e 2x +4 x · e 2x

Also muss gelten:

-1 +4 x 2 · e 2x +4 x · e 2x = -1 | +1
-1 +1 +4 x 2 · e 2x +4 x · e 2x = 0
4 x 2 · e 2x +4 x · e 2x = 0
4 ( x 2 + x ) · e 2x = 0

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

1. Fall:

x 2 + x = 0
x · ( x +1 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x2 = -1

2. Fall:

e 2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ -1 ; 0}

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -1 und sind somit parallel zur Geraden y = -x -2 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 2x -35 = -2 e x

Lösung einblenden
e 2x -35 = -2 e x | +2 e x
e 2x +2 e x -35 = 0

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

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +2u -35 = 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 · ( -35 ) 21

u1,2 = -2 ± 4 +140 2

u1,2 = -2 ± 144 2

u1 = -2 + 144 2 = -2 +12 2 = 10 2 = 5

u2 = -2 - 144 2 = -2 -12 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 - ( -35 ) = 1+ 35 = 36

x1,2 = -1 ± 36

x1 = -1 - 6 = -7

x2 = -1 + 6 = 5

Rücksubstitution:

u1: e x = 5

e x = 5 |ln(⋅)
x1 = ln( 5 ) ≈ 1.6094

u2: e x = -7

e x = -7

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ ln( 5 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x +1 3x +7 + 3x -3 x + -7x -1 6x +14 = 0

Lösung einblenden

D=R\{0; - 7 3 }

3x -3 x + x +1 3x +7 + -7x -1 6x +14 = 0
3x -3 x + x +1 3x +7 + -7x -1 2( 3x +7 ) = 0 |(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner x weg!

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

Wir multiplizieren den Nenner 2( 3x +7 ) weg!

x 2 + x 3x +7 + -7 x 2 - x 2( 3x +7 ) +3x -3 = 0 |⋅( 2( 3x +7 ) )
x 2 + x 3x +7 · ( 2( 3x +7 ) ) + -7 x 2 - x 2( 3x +7 ) · ( 2( 3x +7 ) ) + 3x · ( 2( 3x +7 ) ) -3 · ( 2( 3x +7 ) ) = 0
2 x 2 +2x -7 x 2 - x +6 x · ( 3x +7 ) -18x -42 = 0
2 x 2 +2x -7 x 2 - x + ( 18 x 2 +42x ) -18x -42 = 0
13 x 2 +25x -42 = 0

13 x 2 +25x -42 = 0

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

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

x1,2 = -25 ± 25 2 -4 · 13 · ( -42 ) 213

x1,2 = -25 ± 625 +2184 26

x1,2 = -25 ± 2809 26

x1 = -25 + 2809 26 = -25 +53 26 = 28 26 = 14 13 ≈ 1.08

x2 = -25 - 2809 26 = -25 -53 26 = -78 26 = -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 "13 " teilen:

13 x 2 +25x -42 = 0 |: 13

x 2 + 25 13 x - 42 13 = 0

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

D = ( 25 26 ) 2 - ( - 42 13 ) = 625 676 + 42 13 = 625 676 + 2184 676 = 2809 676

x1,2 = - 25 26 ± 2809 676

x1 = - 25 26 - 53 26 = - 78 26 = -3

x2 = - 25 26 + 53 26 = 28 26 = 1.0769230769231

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -3 ; 14 13 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 -6 x 3 -7 x 2 +48x -36 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 -6 x 3 -7 x 2 +48x -36 = 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 -36 .

1 ist eine Lösung, denn 1 4 -6 1 3 -7 1 2 +481 -36 = 0.

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

( x 4 -6 x 3 -7 x 2 +48x -36 ) : (x-1) = x 3 -5 x 2 -12x +36
-( x 4 - x 3 )
-5 x 3 -7 x 2
-( -5 x 3 +5 x 2 )
-12 x 2 +48x
-( -12 x 2 +12x )
36x -36
-( 36x -36 )
0

es gilt also:

x 4 -6 x 3 -7 x 2 +48x -36 = ( x 3 -5 x 2 -12x +36 ) · ( x -1 )

( x 3 -5 x 2 -12x +36 ) · ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 -5 x 2 -12x +36 = 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 36 .

2 ist eine Lösung, denn 2 3 -5 2 2 -122 +36 = 0.

Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x-2) durch.

( x 3 -5 x 2 -12x +36 ) : (x-2) = x 2 -3x -18
-( x 3 -2 x 2 )
-3 x 2 -12x
-( -3 x 2 +6x )
-18x +36
-( -18x +36 )
0

es gilt also:

x 3 -5 x 2 -12x +36 = ( x 2 -3x -18 ) · ( x -2 )

( x 2 -3x -18 ) · ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -3x -18 = 0

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

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

x1,2 = +3 ± ( -3 ) 2 -4 · 1 · ( -18 ) 21

x1,2 = +3 ± 9 +72 2

x1,2 = +3 ± 81 2

x1 = 3 + 81 2 = 3 +9 2 = 12 2 = 6

x2 = 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


2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

Polynomdivision mit -3

Polynomdivision mit 6


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x4 = 1

L={ -3 ; 1 ; 2 ; 6 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

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

Lösung einblenden
- | -3x +12 | +2 = -7 | -2
- | -3x +12 | = -9 |: ( -1 )
| -3x +12 | = 9

1. Fall: -3x +12 ≥ 0:

-3x +12 = 9 | -12
-3x = -3 |:(-3 )
x1 = 1

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -3x +12 ≥ 0) genügt:

-31 +12 = 9 ≥ 0

Die Lösung 1 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -3x +12 < 0:

-( -3x +12 ) = 9
3x -12 = 9 | +12
3x = 21 |:3
x2 = 7

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -3x +12 < 0) genügt:

-37 +12 = -9 < 0

Die Lösung 7 genügt also der obigen Bedingung.

L={ 1 ; 7 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

Für welche Werte von t hat die Funktion ft mit ft(x)= x 2 -3 t x +3 t genau 2 Nullstellen?

Lösung einblenden

x 2 -3 t x +3 t =0 ist eine quadratische Gleichung, bei der wir am einfachsten die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel) anwenden:

x1,2 = +3 t ± ( -3 t ) 2 -4 · 1 · 3 t 21 = +3 t ± 9 t 2 -12 t 2

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

  • Ist 9 t 2 -12 t > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 9 t 2 -12 t = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 9 t 2 -12 t <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 9 t 2 -12 t = 0 wird.

9 t 2 -12t = 0
3 t · ( 3t -4 ) = 0

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

1. Fall:

t1 = 0

2. Fall:

3t -4 = 0 | +4
3t = 4 |:3
t2 = 4 3

Da bei 9 t 2 -12 t eine positive Zahl vor dem t² steht, ist der Graph von 9 t 2 -12 t eine nach oben geöffnete Parabel, bei der die Funktionswerte zwischen den Nullstellen negativ und jeweils links und rechts der Nullstellen positiv sind.

Für t < 0 oder für t > 4 3 ist also der Term unter der Wurzel positiv und es gibt zwei Lösungen.