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Polynomgleichungen (Substitution)

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 -16 = 0

Lösung einblenden
x 4 -16 = 0 | +16
x 4 = 16 | 4
x1 = - 16 4 = -2
x2 = 16 4 = 2

L={ -2 ; 2 }

Exponentialgl. Substitution

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 2x -9 e x +18 = 0

Lösung einblenden
e 2x -9 e x +18 = 0

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

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -9u +18 = 0

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

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

u1,2 = +9 ± ( -9 ) 2 -4 · 1 · 18 21

u1,2 = +9 ± 81 -72 2

u1,2 = +9 ± 9 2

u1 = 9 + 9 2 = 9 +3 2 = 12 2 = 6

u2 = 9 - 9 2 = 9 -3 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 = ( - 9 2 ) 2 - 18 = 81 4 - 18 = 81 4 - 72 4 = 9 4

x1,2 = 9 2 ± 9 4

x1 = 9 2 - 3 2 = 6 2 = 3

x2 = 9 2 + 3 2 = 12 2 = 6

Rücksubstitution:

u1: e x = 6

e x = 6 |ln(⋅)
x1 = ln( 6 ) ≈ 1.7918

u2: e x = 3

e x = 3 |ln(⋅)
x2 = ln( 3 ) ≈ 1.0986

L={ ln( 3 ) ; ln( 6 ) }

trigon. Gleichung (mit Substitution)

Beispiel:

Bestimme alle Lösungen im Intervall [0; 2π ):
( cos( x ) ) 2 -2 cos( x ) +1 = 0

Lösung einblenden
( cos( x ) ) 2 -2 cos( x ) +1 = 0

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

Setze u = cos( x )

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -2u +1 = 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 · 1 21

u1,2 = +2 ± 4 -4 2

u1,2 = +2 ± 0 2

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

u = 2 2 = 1

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 - 1 = 1 - 1 = 0

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

x = 1 ± 0 = 1

Rücksubstitution:

u1: cos( x ) = 1

canvas
cos( x ) = 1 |cos-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

x1 = 0

u2: cos( x ) = 1

canvas
cos( x ) = 1 |cos-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

x2 = 0

L={0}

0 ist 2-fache Lösung!