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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= x 4 -5 x 3 und g(x)= -6 x 2 . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

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

x 4 -5 x 3 = -6 x 2 | +6 x 2
x 4 -5 x 3 +6 x 2 = 0
x 2 ( x 2 -5x +6 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x1 = 0

2. Fall:

x 2 -5x +6 = 0

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

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

x2,3 = +5 ± ( -5 ) 2 -4 · 1 · 6 21

x2,3 = +5 ± 25 -24 2

x2,3 = +5 ± 1 2

x2 = 5 + 1 2 = 5 +1 2 = 6 2 = 3

x3 = 5 - 1 2 = 5 -1 2 = 4 2 = 2

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 = ( - 5 2 ) 2 - 6 = 25 4 - 6 = 25 4 - 24 4 = 1 4

x1,2 = 5 2 ± 1 4

x1 = 5 2 - 1 2 = 4 2 = 2

x2 = 5 2 + 1 2 = 6 2 = 3

L={0; 2 ; 3 }

0 ist 2-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)= -6 0 2 = -0 Somit gilt: S1(0|-0)

x2 = 2 : f( 2 )= -6 2 2 = -24 Somit gilt: S2( 2 |-24)

x3 = 3 : f( 3 )= -6 3 2 = -54 Somit gilt: S3( 3 |-54)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 3 x 3 + 5 2 x 2 parallel zur Geraden y = 6x +5 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 6x +5 gilt m = 6

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

f(x)= 1 3 x 3 + 5 2 x 2

f'(x)= x 2 +5x

Also muss gelten:

x 2 +5x = 6 | -6

x 2 +5x -6 = 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 · 1 · ( -6 ) 21

x1,2 = -5 ± 25 +24 2

x1,2 = -5 ± 49 2

x1 = -5 + 49 2 = -5 +7 2 = 2 2 = 1

x2 = -5 - 49 2 = -5 -7 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 = ( 5 2 ) 2 - ( -6 ) = 25 4 + 6 = 25 4 + 24 4 = 49 4

x1,2 = - 5 2 ± 49 4

x1 = - 5 2 - 7 2 = - 12 2 = -6

x2 = - 5 2 + 7 2 = 2 2 = 1

L={ -6 ; 1 }

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 6 und sind somit parallel zur Geraden y = 6x +5 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 5x +3 e 3x -10 e x = 0

Lösung einblenden
e 5x +3 e 3x -10 e x = 0
( e 4x +3 e 2x -10 ) e x = 0

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

1. Fall:

e 4x +3 e 2x -10 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +3u -10 = 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 · ( -10 ) 21

u1,2 = -3 ± 9 +40 2

u1,2 = -3 ± 49 2

u1 = -3 + 49 2 = -3 +7 2 = 4 2 = 2

u2 = -3 - 49 2 = -3 -7 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 = ( 3 2 ) 2 - ( -10 ) = 9 4 + 10 = 9 4 + 40 4 = 49 4

x1,2 = - 3 2 ± 49 4

x1 = - 3 2 - 7 2 = - 10 2 = -5

x2 = - 3 2 + 7 2 = 4 2 = 2

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 2

e 2x = 2 |ln(⋅)
2x = ln( 2 ) |:2
x1 = 1 2 ln( 2 ) ≈ 0.3466

u2: e 2x = -5

e 2x = -5

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 2 ln( 2 ) }

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

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

Lösung einblenden

D=R\{ 3 ; 0}

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

Wir multiplizieren den Nenner x -3 weg!

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

Wir multiplizieren den Nenner 2x weg!

3 x 2 -10x +3 2x +12x -5x +15 = 0 |⋅( 2x )
3 x 2 -10x +3 2x · 2x + 12x · 2x -5x · 2x + 15 · 2x = 0
3 x 2 -10x +3 +24 x · x -10 x · x +30x = 0
3 x 2 -10x +3 +24 x 2 -10 x 2 +30x = 0
17 x 2 +20x +3 = 0

17 x 2 +20x +3 = 0

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

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

x1,2 = -20 ± 20 2 -4 · 17 · 3 217

x1,2 = -20 ± 400 -204 34

x1,2 = -20 ± 196 34

x1 = -20 + 196 34 = -20 +14 34 = -6 34 = - 3 17 ≈ -0.18

x2 = -20 - 196 34 = -20 -14 34 = -34 34 = -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 "17 " teilen:

17 x 2 +20x +3 = 0 |: 17

x 2 + 20 17 x + 3 17 = 0

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

D = ( 10 17 ) 2 - ( 3 17 ) = 100 289 - 3 17 = 100 289 - 51 289 = 49 289

x1,2 = - 10 17 ± 49 289

x1 = - 10 17 - 7 17 = - 17 17 = -1

x2 = - 10 17 + 7 17 = - 3 17 = -0.17647058823529

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ -1 ; - 3 17 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 3 +9 x 2 +14x -24 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 +9 x 2 +14x -24 = 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 -24 .

1 ist eine Lösung, denn 1 3 +9 1 2 +141 -24 = 0.

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

( x 3 +9 x 2 +14x -24 ) : (x-1) = x 2 +10x +24
-( x 3 - x 2 )
10 x 2 +14x
-( 10 x 2 -10x )
24x -24
-( 24x -24 )
0

es gilt also:

x 3 +9 x 2 +14x -24 = ( x 2 +10x +24 ) · ( x -1 )

( x 2 +10x +24 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +10x +24 = 0

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

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

x1,2 = -10 ± 10 2 -4 · 1 · 24 21

x1,2 = -10 ± 100 -96 2

x1,2 = -10 ± 4 2

x1 = -10 + 4 2 = -10 +2 2 = -8 2 = -4

x2 = -10 - 4 2 = -10 -2 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 = 5 2 - 24 = 25 - 24 = 1

x1,2 = -5 ± 1

x1 = -5 - 1 = -6

x2 = -5 + 1 = -4


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit -4

Polynomdivision mit -6

L={ -6 ; -4 ; 1 }

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

| 4x +8 | -2 = 6

Lösung einblenden
| 4x +8 | -2 = 6 | +2
| 4x +8 | = 8

1. Fall: 4x +8 ≥ 0:

4x +8 = 8 | -8
4x = 0 |:4
x1 = 0

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

40 +8 = 8 ≥ 0

Die Lösung 0 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: 4x +8 < 0:

-( 4x +8 ) = 8
-4x -8 = 8 | +8
-4x = 16 |:(-4 )
x2 = -4

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

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

Die Lösung -4 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -4 ; 0}

Lösungsanzahl in Abh. von Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

ln( x 2 +2x +5 t ) = 0

x 2 +2x +5 t = 1 |-1

x 2 +2x +5 t - 1 = 0

x 2 +2x + 5t -1 =0 ist eine quadratische Gleichung, bei der wir am einfachsten die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel) anwenden:

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

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

  • Ist 4 + ( -20t +4 ) > 0, so kann man die Wurzel bilden und es gibt (wegen dem ±) zwei Lösungen
  • Ist 4 + ( -20t +4 ) = 0, so ist auch die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung
  • Ist 4 + ( -20t +4 ) <0, so existiert die Wurzel nicht und es gibt gar keine Lösung

Wir untersuchen also erstmal, wann der Radikand 4 + ( -20t +4 ) = 0 wird.

4 -20t +4 = 0
-20t +8 = 0 | -8
-20t = -8 |:(-20 )
t = 2 5 = 0.4

Für t = 2 5 ist also die Wurzel =0 und es gibt nur eine Lösung.