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37 Wurzelterme vereinfachen

Beispiel:

Vereinfache den folgenden Term: ${(\sqrt[5]{x})}^{3} \cdot \frac{{(\sqrt[5]{x})}^{4}}{{(\sqrt[5]{x})}^{2}}$

Dabei darf im Ergebnis nur noch eine Hochzahl stehen!

Lösung einblenden

${(\sqrt[5]{x})}^{3} \cdot \frac{{(\sqrt[5]{x})}^{4}}{{(\sqrt[5]{x})}^{2}}$

Wir schreiben zuerst die Wurzelterme in Potenzterme mit rationalen Hochzahlen um:

= $x^{\frac{3}{5}} \cdot \frac{x^{\frac{4}{5}}}{x^{\frac{2}{5}}}$

= $\frac{x^{\frac{4}{5}} \cdot x^{\frac{3}{5}}}{x^{\frac{2}{5}}}$

= $\frac{x^{\frac{4}{5} + \frac{3}{5}}}{x^{\frac{2}{5}}}$

= $\frac{x^{\frac{7}{5}}}{x^{\frac{2}{5}}}$

= $x^{\frac{7}{5} - \frac{2}{5}}$

= $x$

42 Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

$\frac{x}{x - 5} - \frac{9}{x + 5}$ = $\frac{66}{x^{2} - 25}$

Lösung einblenden

D=R\{ $- 5$ ; $5$ }

\frac{x}{x - 5} - \frac{9}{x + 5}

=

\frac{66}{(x + 5) \cdot (x - 5)}

|(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner $(x + 5) \cdot (x - 5)$ weg!

$\frac{x}{x - 5} - \frac{9}{x + 5}$	=	$\frac{66}{(x + 5) \cdot (x - 5)}$	\|⋅( $(x + 5) \cdot (x - 5)$ )
$\frac{x}{x - 5} \cdot (x + 5) \cdot (x - 5) - \frac{9}{x + 5} \cdot (x + 5) \cdot (x - 5)$	=	$\frac{66}{(x + 5) \cdot (x - 5)} \cdot (x + 5) \cdot (x - 5)$
$x \cdot (x + 5) - 9 x + 45$	=	$66 \frac{x + 5}{x + 5}$
$x \cdot (x + 5) - 9 x + 45$	=	$66$
$x^{2} + 5 x - 9 x + 45$	=	$66$
$x^{2} - 4 x + 45$	=	$66$

x^{2} - 4 x + 45

=

66

|

- 66

$x^{2} - 4 x - 21$ = 0

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

eingesetzt in x_1,2 = $\frac{- b \pm \sqrt{b^{2} - 4 a \cdot c}}{2 a}$ ergibt:

x_1,2 = $\frac{+ 4 \pm \sqrt{{(- 4)}^{2} - 4 \cdot 1 \cdot (- 21)}}{2 \cdot 1}$

x_1,2 = $\frac{+ 4 \pm \sqrt{16 + 84}}{2}$

x_1,2 = $\frac{+ 4 \pm \sqrt{100}}{2}$

x₁ = $\frac{4 + \sqrt{100}}{2}$ = $\frac{4+10}{2}$ = $\frac{14}{2}$ = $7$

x₂ = $\frac{4 - \sqrt{100}}{2}$ = $\frac{4-10}{2}$ = $\frac{- 6}{2}$ = $- 3$

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x_1,2 = $- \frac{p}{2}$ ± $\sqrt{{(\frac{p}{2})}^{2} - q}$
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ${(\frac{p}{2})}^{2} - q$ :

D = ${(- 2)}^{2} - (- 21)$ = $4$ $+$ $21$ = $25$

x_1,2 = $2$ ± $\sqrt{25}$

x₁ = $2$ - $5$ = -3

x₂ = $2$ + $5$ = 7

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ $- 3$ ; $7$ }

Funktionstermbestimmung (Grad 4)

Beispiel:

Der Graph einer ganzrationalen Funktion vierten Grades ist achsensymmetrisch zur y-Achse, schneidet die y-Achse 4 Einheiten unterhalb des Ursprungs und hat den Hochpunkt H(1| $0$ ).

Bestimme den Term der Funktion f.

Lösung einblenden

Wenn eine ganzrationale Funktion achsensymmetrisch zur y-Achse ist, kann der Funktionsterm nur gerade x-Exponenten haben.

f(-x) = f(x)

Der gesuchte Funktionsterm muss also $f(x) =$ $a x^{4} + b x^{2} + c$ für bestimmte Werte für a, b und c sein.

Da ihr Graph die y-Achse 4 Einheiten unterhalb des Ursprungs schneidet, muss f(0) = -4 gelten.

Und weil der (Hoch-)Punkt H(1| $0$ ) auf dem Graph von f liegt, muss f(1) = $0$ gelten.

Außerdem wissen wir ja, dass H(1| $0$ ) ein Hochpunkt ist, also muss f'(1)=0 sein.

Somit haben wir drei Informationen:

f(0) = -4 (y-Achsenabschnitt)
f(1)= $0$ (H(1| $0$ ) liegt auf dem Graph)
f'(1)=0 (Hochpunkt bei x=1)

Diese Informationen setzen wir in die allgemeine Funktion und deren Ableitung ein:
$f(x) =$ $a x^{4} + b x^{2} + c$
$f '(x) =$ $4 a x^{3} + 2 b x + 0$

Daraus ergibt sich:

f(0) = -4: $a \cdot 0^{4} + b \cdot 0^{2} + c$ = -4, also c = -4
f(1)= $0$ : $a \cdot 1^{4} + b \cdot 1^{2} + c$ = $0$ , also 1⋅a + 1⋅b + c = $0$
f'(1)=0: $4 a \cdot 1^{3} + 2 b \cdot 1 + 0$ = 0, also 4a + 2b = 0

Wir sehen beim Betrachten der ersten Gleichungen, dass c = -4 ist und setzen dies in die zweite Gleichung ein:

2. f(1)= $0$ 1⋅a + 1⋅b + (-4) = $0$ oder umgeformt:
1⋅a + 1⋅b = $4$

Somit erhalten wir folgendes Lineare Gleichungssystem:

\begin{matrix} a & + b & = & 4 & (I) \\ 4 a & + 2 b & = & 0 & (II) \end{matrix}

langsame Rechnung einblenden $4$ ·(I) $- 1$ ·(II)

\begin{matrix} 1 a & 1 b & = & 4 & (I) \\ (4 - 4) a & + (4 - 2) b & = & (16 + 0) & (II) \end{matrix}

\begin{matrix} a & + b & = & 4 & (I) \\ + 2 b & = & 16 & (II) \end{matrix}

Zeile (II):

\begin{matrix} + 2 b & = & 16 \end{matrix}

b = $8$

eingesetzt in Zeile (I):

\begin{matrix} a & + (8) & = & 4 \end{matrix}

| -

8

1

a =

- 4

| : 1

a = $- 4$

Die gesuchte Funktion ist also:

f(x) = $- 4 x^{4} + 8 x^{2} - 4$

65 Graph-Term-Zuordnung

Beispiel:

Ordne die Funktionen den Graphen zu.

f(x)= $e^{x}$

g(x)= $\cos (x)$

h(x)= $\frac{1}{x^{2}}$

i(x)= $\sin (x)$

1

2

3

4

Lösung einblenden

Zu Graph Nr. 1:

Der Graph von

e^{x}

nähert sich für negative x-Werte der x-Achse an und wächst für positive x-Werte sehr schnell. Er schneidet die y-Achse im Punkt (0|1), da

e^{0}

= 1.

Der Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion f(x) = $e^{x}$ .

Zu Graph Nr. 2:

Der Graph von

\sin (x)

zwischen 1 und -1. Im Gegensatz zum Kosinus (cos(x)) startet der Sinus für x=0 im Ursprung O(0|0), was man am Einheitskreis rechts sehen kann:

Der Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion i(x) = $\sin (x)$ .

Zu Graph Nr. 3:

Der Graph von

\cos (x)

schwingt zwischen 1 und -1. Im Gegensatz zum Sinus startet der Kosinus für x=0 bei 1 (cos(0)=1). Im Einheitskreis rechts wird dies deutlich:

Der Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion g(x) = $\cos (x)$ .

Zu Graph Nr. 4:

Den Graph von

\frac{1}{x^{2}}

erkennt man an den Asymptoten an den beiden Achsen. Es handelt sich um eine Hyperbel. Je näher x an 0 kommt, umso größer wird der Funktionswert. Je weiter x sich von 0 entfernt, umso kleiner wird der Funktionswert (weil ja x im Nenner steht). Im Gegensatz zu

\frac{1}{x}

hat er sowohl für negative, als auch für positive x positive Funktionswerte. Er ist also achsensymmetrisch bzgl. der y-Achse und enthält z.B. die Punkte (1|1) und (-1|1).

Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion h(x) = $\frac{1}{x^{2}}$ .

65 Graph-Term-Zuordnung 2

Beispiel:

Ordne die Funktionen den Graphen zu.

f(x)= $e^{x}$

g(x)= $\sin (x)$

h(x)= $x^{3}$

i(x)= $\frac{1}{x^{2}}$

j(x)= $\sqrt{x}$

k(x)= $\cos (x)$

1

2

3

4

Lösung einblenden

Zu Graph Nr. 1:

Der Graph von

\sin (x)

zwischen 1 und -1. Im Gegensatz zum Kosinus (cos(x)) startet der Sinus für x=0 im Ursprung O(0|0), was man am Einheitskreis rechts sehen kann:

Der Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion g(x) = $\sin (x)$ .

Zu Graph Nr. 2:

Den Graph von

\frac{1}{x^{2}}

erkennt man an den Asymptoten an den beiden Achsen. Es handelt sich um eine Hyperbel. Je näher x an 0 kommt, umso größer wird der Funktionswert. Je weiter x sich von 0 entfernt, umso kleiner wird der Funktionswert (weil ja x im Nenner steht). Im Gegensatz zu

\frac{1}{x}

hat er sowohl für negative, als auch für positive x positive Funktionswerte. Er ist also achsensymmetrisch bzgl. der y-Achse und enthält z.B. die Punkte (1|1) und (-1|1).

Der Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion i(x) = $\frac{1}{x^{2}}$ .

Zu Graph Nr. 3:

Der Graph von

\cos (x)

schwingt zwischen 1 und -1. Im Gegensatz zum Sinus startet der Kosinus für x=0 bei 1 (cos(0)=1). Im Einheitskreis rechts wird dies deutlich:

Der Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion k(x) = $\cos (x)$ .

Zu Graph Nr. 4:

Der Graph von

e^{x}

nähert sich für negative x-Werte der x-Achse an und wächst für positive x-Werte sehr schnell. Er schneidet die y-Achse im Punkt (0|1), da

e^{0}

= 1.

Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion f(x) = $e^{x}$ .

65 Graph-Term-Zuordnung 2 + Trans.

Beispiel:

Ordne die Funktionen den Graphen zu.

f(x)= $- \frac{1}{x^{2}}$

g(x)=tan(x)

h(x)= $\frac{1}{x^{2}}$

i(x)= $\sqrt{x}$

j(x)=-tan(x)

k(x)= $- \sqrt{x}$

1

2

3

4

Lösung einblenden

Zu Graph Nr. 1:

Der Graph von

\sqrt{x}

hat im Bereich für negative x keine Funktionswerte. Er steigt zunächst sehr schnell, dann nimmt die Steigung aber ab. Er sieht aus wie eine halbe Parabel, die um 90° gedreht wurde. Er besitzt die Punkte (0|0), (1|1), (4|2), usw.

Der Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion i(x) = $\sqrt{x}$ .

Zu Graph Nr. 2:

Den Graph von

\frac{1}{x^{2}}

erkennt man an den Asymptoten an den beiden Achsen. Es handelt sich um eine Hyperbel. Je näher x an 0 kommt, umso größer wird der Funktionswert. Je weiter x sich von 0 entfernt, umso kleiner wird der Funktionswert (weil ja x im Nenner steht). Im Gegensatz zu

\frac{1}{x}

hat er sowohl für negative, als auch für positive x positive Funktionswerte. Er ist also achsensymmetrisch bzgl. der y-Achse und enthält z.B. die Punkte (1|1) und (-1|1).

Der Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion h(x) = $\frac{1}{x^{2}}$ .

Zu Graph Nr. 3:

Der Graph von

\sqrt{x}

hat im Bereich für negative x keine Funktionswerte. Er steigt zunächst sehr schnell, dann nimmt die Steigung aber ab. Er sieht aus wie eine halbe Parabel, die um 90° gedreht wurde. Er besitzt die Punkte (0|0), (1|1), (4|2), usw.

Am Graph Nr. 3 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch an der x-Achse gespiegelt wurden.

Der Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion k(x) = $- \sqrt{x}$ .

Zu Graph Nr. 4:

Den Graph von

\frac{1}{x^{2}}

erkennt man an den Asymptoten an den beiden Achsen. Es handelt sich um eine Hyperbel. Je näher x an 0 kommt, umso größer wird der Funktionswert. Je weiter x sich von 0 entfernt, umso kleiner wird der Funktionswert (weil ja x im Nenner steht). Im Gegensatz zu

\frac{1}{x}

hat er sowohl für negative, als auch für positive x positive Funktionswerte. Er ist also achsensymmetrisch bzgl. der y-Achse und enthält z.B. die Punkte (1|1) und (-1|1).

Am Graph Nr. 4 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch an der x-Achse gespiegelt wurden.

Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion f(x) = $- \frac{1}{x^{2}}$ .

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

37 Wurzelterme vereinfachen

42 Bruchgleichungen

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

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

Funktionstermbestimmung (Grad 4)

65 Graph-Term-Zuordnung

Zu Graph Nr. 1:

Zu Graph Nr. 2:

Zu Graph Nr. 3:

Zu Graph Nr. 4:

65 Graph-Term-Zuordnung 2

Zu Graph Nr. 1:

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Zu Graph Nr. 3:

Zu Graph Nr. 4:

65 Graph-Term-Zuordnung 2 + Trans.

Zu Graph Nr. 1:

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