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)= e 4x -30 e -2x und g(x)= - e x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

e 4x -30 e -2x = - e x | + e x
e 4x + e x -30 e -2x = 0
( e 6x + e 3x -30 ) e -2x = 0

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

1. Fall:

e 6x + e 3x -30 = 0

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

Setze u = e 3x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 + u -30 = 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 · ( -30 ) 21

u1,2 = -1 ± 1 +120 2

u1,2 = -1 ± 121 2

u1 = -1 + 121 2 = -1 +11 2 = 10 2 = 5

u2 = -1 - 121 2 = -1 -11 2 = -12 2 = -6

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 - ( -30 ) = 1 4 + 30 = 1 4 + 120 4 = 121 4

x1,2 = - 1 2 ± 121 4

x1 = - 1 2 - 11 2 = - 12 2 = -6

x2 = - 1 2 + 11 2 = 10 2 = 5

Rücksubstitution:

u1: e 3x = 5

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

u2: e 3x = -6

e 3x = -6

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e -2x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 3 ln( 5 ) }

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

x1 = 1 3 ln( 5 ) : f( 1 3 ln( 5 ) )= - e 1 3 ln( 5 ) = -1.71 Somit gilt: S1( 1 3 ln( 5 ) |-1.71)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 4 e 4x + e 2x parallel zur Geraden y = 24x +6 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 24x +6 gilt m = 24

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

f(x)= 1 4 e 4x + e 2x

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

Also muss gelten:

e 4x +2 e 2x = 24 | -24
e 4x +2 e 2x -24 = 0

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

Setze u = e 2x

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 = 8 2 = 4

u2 = -2 - 100 2 = -2 -10 2 = -12 2 = -6

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 = -6

x2 = -1 + 5 = 4

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 4

e 2x = 4 |ln(⋅)
2x = ln( 4 ) |:2
x1 = 1 2 ln( 4 ) ≈ 0.6931
x1 = ln( 2 )

u2: e 2x = -6

e 2x = -6

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ ln( 2 ) }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 24 und sind somit parallel zur Geraden y = 24x +6 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

( 7 e -7x -6 ) · ( x 4 +6 x 3 ) = 0

Lösung einblenden
( 7 e -7x -6 ) ( x 4 +6 x 3 ) = 0

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

1. Fall:

7 e -7x -6 = 0 | +6
7 e -7x = 6 |:7
e -7x = 6 7 |ln(⋅)
-7x = ln( 6 7 ) |:-7
x1 = - 1 7 ln( 6 7 ) ≈ 0.022

2. Fall:

x 4 +6 x 3 = 0
x 3 ( x +6 ) = 0

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

1. Fall:

x 3 = 0 | 3
x2 = 0

2. Fall:

x +6 = 0 | -6
x3 = -6

L={ -6 ; 0; - 1 7 ln( 6 7 ) }

0 ist 3-fache Lösung!

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

8x x -3 + 5x -1 3x + 16x -x +3 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ 3 ; 0}

8x x -3 + 5x -1 3x + 16x -x +3 = 0

Wir multiplizieren den Nenner x -3 weg!

8x x -3 + 5x -1 3x + 16x -x +3 = 0 |⋅( x -3 )
8x x -3 · ( x -3 ) + 5x -1 3x · ( x -3 ) + 16x -x +3 · ( x -3 ) = 0
8x + ( 5x -1 ) ( x -3 ) 3x + 16 x ( x -3 ) -x +3 = 0
8x + ( 5x -1 ) ( x -3 ) 3x -16x = 0
8x + 5 x 2 -16x +3 3x -16x = 0
5 x 2 -16x +3 3x +8x -16x = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3x weg!

5 x 2 -16x +3 3x +8x -16x = 0 |⋅( 3x )
5 x 2 -16x +3 3x · 3x + 8x · 3x -16x · 3x = 0
5 x 2 -16x +3 +24 x · x -48 x · x = 0
5 x 2 -16x +3 +24 x 2 -48 x 2 = 0
-19 x 2 -16x +3 = 0

-19 x 2 -16x +3 = 0

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

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

x1,2 = +16 ± ( -16 ) 2 -4 · ( -19 ) · 3 2( -19 )

x1,2 = +16 ± 256 +228 -38

x1,2 = +16 ± 484 -38

x1 = 16 + 484 -38 = 16 +22 -38 = 38 -38 = -1

x2 = 16 - 484 -38 = 16 -22 -38 = -6 -38 = 3 19

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 "-19 " teilen:

-19 x 2 -16x +3 = 0 |: -19

x 2 + 16 19 x - 3 19 = 0

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

D = ( 8 19 ) 2 - ( - 3 19 ) = 64 361 + 3 19 = 64 361 + 57 361 = 121 361

x1,2 = - 8 19 ± 121 361

x1 = - 8 19 - 11 19 = - 19 19 = -1

x2 = - 8 19 + 11 19 = 3 19 = 0.15789473684211

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -1 ; 3 19 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 -5 x 2 -17x +21 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 -5 x 2 -17x +21 = 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 21 .

1 ist eine Lösung, denn 1 3 -5 1 2 -171 +21 = 0.

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

( x 3 -5 x 2 -17x +21 ) : (x-1) = x 2 -4x -21
-( x 3 - x 2 )
-4 x 2 -17x
-( -4 x 2 +4x )
-21x +21
-( -21x +21 )
0

es gilt also:

x 3 -5 x 2 -17x +21 = ( x 2 -4x -21 ) · ( x -1 )

( x 2 -4x -21 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 -4x -21 = 0

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

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

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

x1,2 = +4 ± 16 +84 2

x1,2 = +4 ± 100 2

x1 = 4 + 100 2 = 4 +10 2 = 14 2 = 7

x2 = 4 - 100 2 = 4 -10 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 = ( -2 ) 2 - ( -21 ) = 4+ 21 = 25

x1,2 = 2 ± 25

x1 = 2 - 5 = -3

x2 = 2 + 5 = 7


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit -3

Polynomdivision mit 7

L={ -3 ; 1 ; 7 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

| -4x -8 | +9 = 13

Lösung einblenden
| -4x -8 | +9 = 13 | -9
| -4x -8 | = 4

1. Fall: -4x -8 ≥ 0:

-4x -8 = 4 | +8
-4x = 12 |:(-4 )
x1 = -3

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -4x -8 ≥ 0) genügt:

-4( -3 ) -8 = 4 ≥ 0

Die Lösung -3 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -4x -8 < 0:

-( -4x -8 ) = 4
4x +8 = 4 | -8
4x = -4 |:4
x2 = -1

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -4x -8 < 0) genügt:

-4( -1 ) -8 = -4 < 0

Die Lösung -1 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -3 ; -1 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

x1,2 = +2 t ± ( -2 t ) 2 -4 · 1 · 2 t 21 = +2 t ± 4 t 2 -8 t 2

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

  • Ist 4 t 2 -8 t > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 4 t 2 -8 t = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 4 t 2 -8 t <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 4 t 2 -8 t = 0 wird.

4 t 2 -8t = 0
4 t ( t -2 ) = 0

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

1. Fall:

t1 = 0

2. Fall:

t -2 = 0 | +2
t2 = 2

Für t = 0 oder für t = 2 ist also die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung.