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Exponentialgleichungen (einfach)

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

2⋅ 5 x = 10

Lösung einblenden
2⋅ 5 x = 10 |:2
5 x = 5 |lg(⋅)
lg( 5 x ) = lg( 5 )
x · lg( 5 ) = lg( 5 ) |: lg( 5 )
x = lg( 5 ) lg( 5 )
x = 1

L={ 1 }

Man erkennt bereits bei 5 x = 5 die Lösung x = 1.

Exponentialgleichungen (schwer)

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3 x +1 +54 = 5⋅ 3 x

Lösung einblenden

3 x +1 +54 = 5⋅ 3 x | -5⋅ 3 x -54

3 x +1 -5⋅ 3 x = -54

Wir müssen 3 x +1 in 3 x · 3 aufspalten um die beiden 3er-Potenzen miteinader verrechnen zu können:

3 x · 3 -5⋅ 3 x = -54

3⋅ 3 x -5⋅ 3 x = -54

-2⋅ 3 x = -54 |:-2
3 x = 27 |lg(⋅)
lg( 3 x ) = lg( 27 )
x · lg( 3 ) = lg( 27 ) |: lg( 3 )
x = lg( 27 ) lg( 3 )
x = 3

L={ 3 }

Term bestimmen (2 Punktproben)

Beispiel:

Bestimme c und a>0 so, dass die Punkte A(0| 3 4 ) und B(-4| 3 64 ) auf dem Graphen der Funktion f mit f(x)= c · a x (a>0) liegen.

Lösung einblenden

Wir setzen einfach die beiden Punkte A(0| 3 4 ) und B(-4| 3 64 ) in den Funktionsterm f(x)= c · a x ein und erhalten so die beiden Gleichungen:

I: 3 4 = c · 1
II: 3 64 = c · a -4

Aus I ergibt sich ja sofort 3 4 = c. Dies können wir gleich in II einsetzen und nach a auflösen:

II: 3 64 = 3 4 a -4

D=R\{0}

Wir multiplizieren den Nenner a 4 weg!

3 4 a 4 = 3 64 |⋅( a 4 )
3 4 a 4 · a 4 = 3 64 · a 4
3 4 = 3 64 a 4
3 4 = 3 64 a 4 | - 3 4 - 3 64 a 4
- 3 64 a 4 = - 3 4 |⋅ ( - 64 3 )
a 4 = 16 | ⋅4
a1 = - 16 4 = -2
a2 = 16 4 = 2

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

Wegen a>0 fällt die negative Lösung weg.

Von oben (I) wissen wir bereits: 3 4 = c

Der gesuchte Funktionsterm g(x) ist somit: f(x)= 3 4 ⋅ 2 x

Exponentialgl. Substitution BF

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 2x -9 e x +14 = 0

Lösung einblenden
e 2x -9 e x +14 = 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 +14 = 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 · 14 2⋅1

u1,2 = +9 ± 81 -56 2

u1,2 = +9 ± 25 2

u1 = 9 + 25 2 = 9 +5 2 = 14 2 = 7

u2 = 9 - 25 2 = 9 -5 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 = ( - 9 2 ) 2 - 14 = 81 4 - 14 = 81 4 - 56 4 = 25 4

x1,2 = 9 2 ± 25 4

x1 = 9 2 - 5 2 = 4 2 = 2

x2 = 9 2 + 5 2 = 14 2 = 7

Rücksubstitution:

u1: e x = 7

e x = 7 |ln(⋅)
x1 = ln( 7 ) ≈ 1.9459

u2: e x = 2

e x = 2 |ln(⋅)
x2 = ln( 2 ) ≈ 0.6931

L={ ln( 2 ) ; ln( 7 ) }