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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 2 - 4 x 2 und g(x)= -3 . 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!

x 2 - 4 x 2 = -3 |⋅( x 2 )
x 2 · x 2 - 4 x 2 · x 2 = -3 · x 2
x 2 · x 2 -4 = -3 x 2
x 4 -4 = -3 x 2
x 4 -4 = -3 x 2 | +3 x 2
x 4 +3 x 2 -4 = 0

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

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +3u -4 = 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 · ( -4 ) 21

u1,2 = -3 ± 9 +16 2

u1,2 = -3 ± 25 2

u1 = -3 + 25 2 = -3 +5 2 = 2 2 = 1

u2 = -3 - 25 2 = -3 -5 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 = ( 3 2 ) 2 - ( -4 ) = 9 4 + 4 = 9 4 + 16 4 = 25 4

x1,2 = - 3 2 ± 25 4

x1 = - 3 2 - 5 2 = - 8 2 = -4

x2 = - 3 2 + 5 2 = 2 2 = 1

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 1

x 2 = 1 | 2
x1 = - 1 = -1
x2 = 1 = 1

u2: x 2 = -4

x 2 = -4 | 2

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -1 ; 1 }

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

x1 = -1 : f( -1 )= -3 Somit gilt: S1( -1 |-3)

x2 = 1 : f( 1 )= -3 Somit gilt: S2( 1 |-3)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 5 x 5 - 13 3 x 3 parallel zur Geraden y = -36x -7 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = -36x -7 gilt m = -36

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

f(x)= 1 5 x 5 - 13 3 x 3

f'(x)= x 4 -13 x 2

Also muss gelten:

x 4 -13 x 2 = -36 | +36
x 4 -13 x 2 +36 = 0

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

Setze u = x 2

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -13u +36 = 0

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

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

u1,2 = +13 ± ( -13 ) 2 -4 · 1 · 36 21

u1,2 = +13 ± 169 -144 2

u1,2 = +13 ± 25 2

u1 = 13 + 25 2 = 13 +5 2 = 18 2 = 9

u2 = 13 - 25 2 = 13 -5 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 = ( - 13 2 ) 2 - 36 = 169 4 - 36 = 169 4 - 144 4 = 25 4

x1,2 = 13 2 ± 25 4

x1 = 13 2 - 5 2 = 8 2 = 4

x2 = 13 2 + 5 2 = 18 2 = 9

Rücksubstitution:

u1: x 2 = 9

x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

u2: x 2 = 4

x 2 = 4 | 2
x3 = - 4 = -2
x4 = 4 = 2

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

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung -36 und sind somit parallel zur Geraden y = -36x -7 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 7 +64x = -16 x 4

Lösung einblenden
x 7 +64x = -16 x 4 | +16 x 4
x 7 +16 x 4 +64x = 0
x ( x 6 +16 x 3 +64 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 6 +16 x 3 +64 = 0

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

Setze u = x 3

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +16u +64 = 0

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

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

u1,2 = -16 ± 16 2 -4 · 1 · 64 21

u1,2 = -16 ± 256 -256 2

u1,2 = -16 ± 0 2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

u = -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 = 8 2 - 64 = 64 - 64 = 0

Da die Diskriminante D = 0 ist, hat die quadratische Gleichung nur eine Lösunng.

x = -8 ± 0 = -8

Rücksubstitution:

u1: x 3 = -8

x 3 = -8 | 3
x2 = - 8 3 = -2

u2: x 3 = -8

x 3 = -8 | 3
x3 = - 8 3 = -2

L={ -2 ; 0}

-2 ist 2-fache Lösung!

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2x 3x +2 + 2x -2 x -4 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ - 2 3 ; 0}

2x 3x +2 + 2x -2 x -4 = 0

Wir multiplizieren den Nenner 3x +2 weg!

2x 3x +2 + 2x -2 x -4 = 0 |⋅( 3x +2 )
2x 3x +2 · ( 3x +2 ) + 2x -2 x · ( 3x +2 ) -4 · ( 3x +2 ) = 0
2x + ( 2x -2 ) ( 3x +2 ) x -12x -8 = 0
2x + 6 x 2 -2x -4 x -12x -8 = 0
6 x 2 -2x -4 x +2x -12x -8 = 0

Wir multiplizieren den Nenner x weg!

6 x 2 -2x -4 x +2x -12x -8 = 0 |⋅( x )
6 x 2 -2x -4 x · x + 2x · x -12x · x -8 · x = 0
6 x 2 -2x -4 +2 x · x -12 x · x -8x = 0
6 x 2 -2x -4 +2 x 2 -12 x 2 -8x = 0
-4 x 2 -10x -4 = 0
-4 x 2 -10x -4 = 0 |:2

-2 x 2 -5x -2 = 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 ) · ( -2 ) 2( -2 )

x1,2 = +5 ± 25 -16 -4

x1,2 = +5 ± 9 -4

x1 = 5 + 9 -4 = 5 +3 -4 = 8 -4 = -2

x2 = 5 - 9 -4 = 5 -3 -4 = 2 -4 = -0,5

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 -2 = 0 |: -2

x 2 + 5 2 x +1 = 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 - 1 = 25 16 - 1 = 25 16 - 16 16 = 9 16

x1,2 = - 5 4 ± 9 16

x1 = - 5 4 - 3 4 = - 8 4 = -2

x2 = - 5 4 + 3 4 = - 2 4 = -0.5

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -2 ; -0,5 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3 x 3 +26 x 2 -19x -90 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von 3 x 3 +26 x 2 -19x -90 = 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 -90 .

2 ist eine Lösung, denn 3 2 3 +26 2 2 -192 -90 = 0.

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

( 3 x 3 +26 x 2 -19x -90 ) : (x-2) = 3 x 2 +32x +45
-( 3 x 3 -6 x 2 )
32 x 2 -19x
-( 32 x 2 -64x )
45x -90
-( 45x -90 )
0

es gilt also:

3 x 3 +26 x 2 -19x -90 = ( 3 x 2 +32x +45 ) · ( x -2 )

( 3 x 2 +32x +45 ) ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

3 x 2 +32x +45 = 0

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

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

x1,2 = -32 ± 32 2 -4 · 3 · 45 23

x1,2 = -32 ± 1024 -540 6

x1,2 = -32 ± 484 6

x1 = -32 + 484 6 = -32 +22 6 = -10 6 = - 5 3 ≈ -1.67

x2 = -32 - 484 6 = -32 -22 6 = -54 6 = -9

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 +32x +45 = 0 |: 3

x 2 + 32 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 = ( 16 3 ) 2 - 15 = 256 9 - 15 = 256 9 - 135 9 = 121 9

x1,2 = - 16 3 ± 121 9

x1 = - 16 3 - 11 3 = - 27 3 = -9

x2 = - 16 3 + 11 3 = - 5 3 = -1.6666666666667


2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x3 = 2

Polynomdivision mit -9

L={ -9 ; - 5 3 ; 2 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 3 | -2x -2 | +7 = 17

Lösung einblenden
1 3 | -2x -2 | +7 = 17 | -7
1 3 | -2x -2 | = 10 |⋅3
| -2x -2 | = 30

1. Fall: -2x -2 ≥ 0:

-2x -2 = 30 | +2
-2x = 32 |:(-2 )
x1 = -16

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -2x -2 ≥ 0) genügt:

-2( -16 ) -2 = 30 ≥ 0

Die Lösung -16 genügt also der obigen Bedingung.

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

-( -2x -2 ) = 30
2x +2 = 30 | -2
2x = 28 |:2
x2 = 14

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -2x -2 < 0) genügt:

-214 -2 = -30 < 0

Die Lösung 14 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -16 ; 14 }

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

Für welche Werte von t hat die Funktion ft mit ft(x)= -5 x 3 +3 t x genau 3 Nullstellen?

Lösung einblenden

Wir setzen ft(x) = 0 und lösen die Gleichung einfach mal in Abhängigkeit von t:

-5 x 3 +3 t x = 0
x ( -5 x 2 +3 t ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

-5 x 2 +3 t = 0 | - ( 3 t )
-5 x 2 = -3 t |: ( -5 )
x 2 = 3 5 t | 2
x2 = - ( 3 5 t ) = - 1,7321 2,2361 t
x3 = ( 3 5 t ) = 1,7321 2,2361 t

Man erkennt schnell, dass die Wurzeln (und damit die beiden zugehörigen Lösungen) existieren, wenn t > 0 ist. Für t < 0 existieren die Wurzeln und die beiden Lösungen nicht, da etwas negatives unter der Wurzel steht.

Für t=0 fallen die beiden Lösungen mit den Wurzeln zu einer einzigen Lösung x=0 zusammen.

Für t > 0 gibt es also 3 Lösung(en).