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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:

1 -5 e -x +6 e -2x = 0

Lösung einblenden
1 -5 e -x +6 e -2x = 0

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

-5 e -x +6 e -2x +1 = 0 |⋅ e 2x
e 2x -5 e x +6 = 0

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -5u +6 = 0

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

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

u1,2 = +5 ± ( -5 ) 2 -4 · 1 · 6 21

u1,2 = +5 ± 25 -24 2

u1,2 = +5 ± 1 2

u1 = 5 + 1 2 = 5 +1 2 = 6 2 = 3

u2 = 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

Rücksubstitution:

u1: e x = 3

e x = 3 |ln(⋅)
x1 = ln( 3 ) ≈ 1.0986

u2: e x = 2

e x = 2 |ln(⋅)
x2 = ln( 2 ) ≈ 0.6931

L={ ln( 2 ) ; ln( 3 ) }

trigon. Gleichung (mit Substitution)

Beispiel:

Bestimme alle Lösungen im Intervall [0; 2π ):
( sin( x ) ) 2 -2 sin( x ) -3 = 0

Lösung einblenden
( sin( x ) ) 2 -2 sin( x ) -3 = 0

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

Setze u = sin( x )

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -2u -3 = 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 · ( -3 ) 21

u1,2 = +2 ± 4 +12 2

u1,2 = +2 ± 16 2

u1 = 2 + 16 2 = 2 +4 2 = 6 2 = 3

u2 = 2 - 16 2 = 2 -4 2 = -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 - ( -3 ) = 1+ 3 = 4

x1,2 = 1 ± 4

x1 = 1 - 2 = -1

x2 = 1 + 2 = 3

Rücksubstitution:

u1: sin( x ) = 3

sin( x ) = 3

Diese Gleichung hat keine Lösung!

u2: sin( x ) = -1

canvas
sin( x ) = -1 |sin-1(⋅)

Am Einheitskreis erkennt man sofort:

x1 = 3 2 π

L={ 3 2 π }