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37 Wurzelterme vereinfachen

Beispiel:

Vereinfache den folgenden Term: $\frac{{(\sqrt[5]{x})}^{3}}{{(\sqrt[5]{x})}^{17}} \cdot {(\sqrt[5]{x})}^{4}$

Dabei darf im Ergebnis nur noch eine Hochzahl stehen!

Lösung einblenden

$\frac{{(\sqrt[5]{x})}^{3}}{{(\sqrt[5]{x})}^{17}} \cdot {(\sqrt[5]{x})}^{4}$

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

= $\frac{x^{\frac{3}{5}}}{x^{\frac{17}{5}}} \cdot x^{\frac{4}{5}}$

= $\frac{x^{\frac{3}{5}} \cdot x^{\frac{4}{5}}}{x^{\frac{17}{5}}}$

= $\frac{x^{\frac{3}{5} + \frac{4}{5}}}{x^{\frac{17}{5}}}$

= $\frac{x^{\frac{7}{5}}}{x^{\frac{17}{5}}}$

= $x^{\frac{7}{5} - \frac{17}{5}}$

= $x^{- 2}$

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

42 Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

$\frac{x}{x + 7} + \frac{4}{x - 7}$ = $\frac{158}{x^{2} - 49}$

Lösung einblenden

D=R\{ $- 7$ ; $7$ }

\frac{x}{x + 7} + \frac{4}{x - 7}

=

\frac{158}{(x + 7) \cdot (x - 7)}

|(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner $(x + 7) \cdot (x - 7)$ weg!

$\frac{x}{x + 7} + \frac{4}{x - 7}$	=	$\frac{158}{(x + 7) \cdot (x - 7)}$	\|⋅( $(x + 7) \cdot (x - 7)$ )
$\frac{x}{x + 7} \cdot (x + 7) \cdot (x - 7) + \frac{4}{x - 7} \cdot (x + 7) \cdot (x - 7)$	=	$\frac{158}{(x + 7) \cdot (x - 7)} \cdot (x + 7) \cdot (x - 7)$
$x \cdot (x - 7) + 4 x + 28$	=	$158 \frac{x + 7}{x + 7}$
$x \cdot (x - 7) + 4 x + 28$	=	$158$
$x^{2} - 7 x + 4 x + 28$	=	$158$
$x^{2} - 3 x + 28$	=	$158$

x^{2} - 3 x + 28

=

158

|

- 158

$x^{2} - 3 x - 130$ = 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 = $\frac{+ 3 \pm \sqrt{{(- 3)}^{2} - 4 \cdot 1 \cdot (- 130)}}{2 \cdot 1}$

x_1,2 = $\frac{+ 3 \pm \sqrt{9 + 520}}{2}$

x_1,2 = $\frac{+ 3 \pm \sqrt{529}}{2}$

x₁ = $\frac{3 + \sqrt{529}}{2}$ = $\frac{3+23}{2}$ = $\frac{26}{2}$ = $13$

x₂ = $\frac{3 - \sqrt{529}}{2}$ = $\frac{3-23}{2}$ = $\frac{- 20}{2}$ = $- 10$

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 = ${(- \frac{3}{2})}^{2} - (- 130)$ = $\frac{9}{4}$ $+$ $130$ = $\frac{9}{4}$ $+$ $\frac{520}{4}$ = $\frac{529}{4}$

x_1,2 = $\frac{3}{2}$ ± $\sqrt{\frac{529}{4}}$

x₁ = $\frac{3}{2}$ - $\frac{23}{2}$ = $- \frac{20}{2}$ = -10

x₂ = $\frac{3}{2}$ + $\frac{23}{2}$ = $\frac{26}{2}$ = 13

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ $- 10$ ; $13$ }

Funktionstermbestimmung (Grad 4)

Beispiel:

Der Graph einer ganzrationalen Funktion vierten Grades ist achsensymmetrisch zur y-Achse, schneidet die y-Achse 2 Einheiten oberhalb des Ursprungs und hat den Hochpunkt H(4| $10$ ).

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 2 Einheiten oberhalb des Ursprungs schneidet, muss f(0) = 2 gelten.

Und weil der (Hoch-)Punkt H(4| $10$ ) auf dem Graph von f liegt, muss f(4) = $10$ gelten.

Außerdem wissen wir ja, dass H(4| $10$ ) ein Hochpunkt ist, also muss f'(4)=0 sein.

Somit haben wir drei Informationen:

f(0) = 2 (y-Achsenabschnitt)
f(4)= $10$ (H(4| $10$ ) liegt auf dem Graph)
f'(4)=0 (Hochpunkt bei x=4)

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) = 2: $a \cdot 0^{4} + b \cdot 0^{2} + c$ = 2, also c = 2
f(4)= $10$ : $a \cdot 4^{4} + b \cdot 4^{2} + c$ = $10$ , also 256⋅a + 16⋅b + c = $10$
f'(4)=0: $4 a \cdot 4^{3} + 2 b \cdot 4 + 0$ = 0, also 256a + 8b = 0

Wir sehen beim Betrachten der ersten Gleichungen, dass c = 2 ist und setzen dies in die zweite Gleichung ein:

2. f(4)= $10$ 256⋅a + 16⋅b + 2 = $10$ oder umgeformt:
256⋅a + 16⋅b = $8$

Somit erhalten wir folgendes Lineare Gleichungssystem:

\begin{matrix} 256 a & + 16 b & = & 8 & (I) \\ 256 a & + 8 b & = & 0 & (II) \end{matrix}

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

\begin{matrix} 256 a & 16 b & = & 8 & (I) \\ (256 - 256) a & + (16 - 8) b & = & (8 + 0) & (II) \end{matrix}

\begin{matrix} 256 a & + 16 b & = & 8 & (I) \\ + 8 b & = & 8 & (II) \end{matrix}

Zeile (II):

\begin{matrix} + 8 b & = & 8 \end{matrix}

b = $1$

eingesetzt in Zeile (I):

\begin{matrix} 256 a & + 16 \cdot (1) & = & 8 \end{matrix}

| -

16

256

a =

- 8

| : 256

a = $- \frac{1}{32}$

Die gesuchte Funktion ist also:

f(x) = $- \frac{1}{32} x^{4} + x^{2} + 2$

65 Graph-Term-Zuordnung

Beispiel:

Ordne die Funktionen den Graphen zu.

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

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

h(x)=tan(x)

i(x)= $\cos (x)$

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 g(x) = $\sqrt{x}$ .

Zu Graph Nr. 2:

Beim Graph von tan(x) =

\frac{\sin (x)}{\cos (x)}

sieht man viele Asymptoten. Für x=0 ist tan(0)=

\frac{sin(0)}{cos(0)}

= 0, da sin(0)=0. Für größer werdende x wird der Bruch

\frac{sin(x)}{cos(x)}

, also der Tangens sehr schnell größer, da sin(x) immer größer und cos(x) immer kleiner wird. Geht x gegen

\frac{π}{2}

, so geht der cos(x) gegen 0 und tan(x) =

\frac{sin(x)}{cos(x)}

strebt somit gegen ∞. Daher kommen die Asymptoten. Für x>

\frac{π}{2}

wird der Kosinus und damit der Funktionswert negativ, bleibt aber vom Betrag her sehr groß und wird bei x = π wieder 0, da sin(0) = 0. Da sowohl sin(x) als auch cos(x) 2π-periodisch sind, ist auch der tan(x) 2π-periodisch. (aufgrund der Punkt- bzw. Achsen-Symmetrie von sin(x) und cos(x) bezüglich der Mitte einer Periode ist tan(x) sogar π-periodisch).

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

65 Graph-Term-Zuordnung 2

Beispiel:

Ordne die Funktionen den Graphen zu.

f(x)= $\sin (x)$

g(x)=tan(x)

h(x)= $\cos (x)$

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

j(x)= $x^{2}$

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

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 f(x) = $\sin (x)$ .

Zu Graph Nr. 2:

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. 2 gehört also zur Funktion h(x) = $\cos (x)$ .

Zu Graph Nr. 3:

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. 3 gehört also zur Funktion k(x) = $\frac{1}{x^{2}}$ .

Zu Graph Nr. 4:

Beim Graph von tan(x) =

\frac{\sin (x)}{\cos (x)}

sieht man viele Asymptoten. Für x=0 ist tan(0)=

\frac{sin(0)}{cos(0)}

= 0, da sin(0)=0. Für größer werdende x wird der Bruch

\frac{sin(x)}{cos(x)}

, also der Tangens sehr schnell größer, da sin(x) immer größer und cos(x) immer kleiner wird. Geht x gegen

\frac{π}{2}

, so geht der cos(x) gegen 0 und tan(x) =

\frac{sin(x)}{cos(x)}

strebt somit gegen ∞. Daher kommen die Asymptoten. Für x>

\frac{π}{2}

wird der Kosinus und damit der Funktionswert negativ, bleibt aber vom Betrag her sehr groß und wird bei x = π wieder 0, da sin(0) = 0. Da sowohl sin(x) als auch cos(x) 2π-periodisch sind, ist auch der tan(x) 2π-periodisch. (aufgrund der Punkt- bzw. Achsen-Symmetrie von sin(x) und cos(x) bezüglich der Mitte einer Periode ist tan(x) sogar π-periodisch).

Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion g(x) = tan(x).

65 Graph-Term-Zuordnung 2 + Trans.

Beispiel:

Ordne die Funktionen den Graphen zu.

f(x)= $\cos (x)$

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

h(x)= $\cos (x) + 1$

i(x)= $x^{3} + 1$

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

k(x)= $\sin (x) + 1$

1

2

3

4

Lösung einblenden

Zu Graph Nr. 1:

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. 1 gehört also zur Funktion f(x) = $\cos (x)$ .

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:

Am Graph Nr. 2 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch zusätzlich um 1 in y-Richtung verschoben wurden.

Der Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion k(x) = $\sin (x) + 1$ .

Zu Graph Nr. 3:

Den Graph von

x^{3}

erkennt man an seinem Sattelpunkt und der immer größer werdenden Steigung, je weiter sich der Graph vom Ursprung entfernt. Er besitzt die Punkte (-2|-8), (-1|1), (0|0), (1|1), (2|8), usw.

Am Graph Nr. 3 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch zusätzlich um 1 in y-Richtung verschoben wurden.

Der Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion i(x) = $x^{3} + 1$ .

Zu Graph Nr. 4:

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:

Am Graph Nr. 4 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch zusätzlich um 1 in y-Richtung verschoben wurden.

Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion h(x) = $\cos (x) + 1$ .

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:

Zu Graph Nr. 2:

Zu Graph Nr. 3:

Zu Graph Nr. 4:

65 Graph-Term-Zuordnung 2 + Trans.

Zu Graph Nr. 1:

Zu Graph Nr. 2:

Zu Graph Nr. 3:

Zu Graph Nr. 4: