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Exponentialgleichungen (einfach)

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

-3 e -5x = -4

Lösung einblenden
-3 e -5x = -4 |:-3
e -5x = 4 3 |ln(⋅)
-5x = ln( 4 3 ) |:-5
x = - 1 5 ln( 4 3 ) ≈ -0.0575

L={ - 1 5 ln( 4 3 ) }

Exponentialgl. vermischt

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

( 7 e x -3 ) · ( x 3 - x 2 ) = 0

Lösung einblenden
( 7 e x -3 ) ( x 3 - x 2 ) = 0

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

1. Fall:

7 e x -3 = 0 | +3
7 e x = 3 |:7
e x = 3 7 |ln(⋅)
x1 = ln( 3 7 ) ≈ -0.8473

2. Fall:

x 3 - x 2 = 0
x 2 ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 = 0 | 2
x2 = 0

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

L={ ln( 3 7 ) ; 0; 1 }

0 ist 2-fache Lösung!

Halbwerts-/Verdoppl.-Zeit (Anwendung)

Beispiel:

Ein Staat verliert jedes Jahr 3% seiner Bevölkerung. Wann hat sich die Bevölkerung halbiert?

Lösung einblenden

Die prozentuale Abnahme um 3% bedeutet ja, dass mit jedem Zeitschritt vom alten Bestand noch 3% weggehen,
also Bneu = B - 3 100 ⋅B = (1 - 3 100 ) ⋅ B = 0,97 ⋅ B.

Somit gilt für den Wachstumsfaktor a (in f(t)= c · a t ): a=0,97.

Mit der Formel für die Halbwertszeit gilt: TH = loga( 1 2 ).

Also TH = log0.97( 1 2 ) ≈ 22.76 Jahre

Exponentialgl. Substitution

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 -13 e -x +42 e -2x = 0

Lösung einblenden
1 -13 e -x +42 e -2x = 0

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

-13 e -x +42 e -2x +1 = 0 |⋅ e 2x
e 2x -13 e x +42 = 0

Setze u = e x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -13u +42 = 0

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

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

u1,2 = +13 ± ( -13 ) 2 -4 · 1 · 42 21

u1,2 = +13 ± 169 -168 2

u1,2 = +13 ± 1 2

u1 = 13 + 1 2 = 13 +1 2 = 14 2 = 7

u2 = 13 - 1 2 = 13 -1 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 = ( - 13 2 ) 2 - 42 = 169 4 - 42 = 169 4 - 168 4 = 1 4

x1,2 = 13 2 ± 1 4

x1 = 13 2 - 1 2 = 12 2 = 6

x2 = 13 2 + 1 2 = 14 2 = 7

Rücksubstitution:

u1: e x = 7

e x = 7 |ln(⋅)
x1 = ln( 7 ) ≈ 1.9459

u2: e x = 6

e x = 6 |ln(⋅)
x2 = ln( 6 ) ≈ 1.7918

L={ ln( 6 ) ; ln( 7 ) }