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Exponentialgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

5 -3x +1 = 1 5

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Wir schreiben einfach um:

5 -3x +1 = 1 5

5 -3x +1 = 5 -1

Jetzt stehen links und rechts zwei Potenzen mit der gleichen Basis 5.

Um die Gleichung zu lösen, können wir also einfach die beiden Exponenten (links: -3x +1 und rechts: -1) gleichsetzen:

-3x +1 = -1 | -1
-3x = -2 |:(-3 )
x = 2 3

L={ 2 3 }

Nullstellen bei ln-Funktionen

Beispiel:

Bestimme die Nullstellen der Funktion f mit f(x)= ln( x ) -1

Lösung einblenden
ln( x ) -1 = 0 | +1
ln( x ) = 1 |e(⋅)
x = e

L={ e }

prozentale Änderung bestimmen

Beispiel:

Gib für die exponentielle Wachstumsfunktion f mit f(t)= 25⋅ 0,9 t die prozentuale Änderung pro Zeiteinheit an. Handelt es sich um prozentuale Zunahme oder um prozentuale Abnahme?

Lösung einblenden

f(0) = 25

f(1) = 25 ⋅ 0,9

f(2) = 25 ⋅ 0,9 ⋅ 0,9

f(3) = 25 ⋅ 0,9 ⋅ 0,9 ⋅ 0,9

f(4) = 25 ⋅ 0,9 ⋅ 0,9 ⋅ 0,9 ⋅ 0,9

...

Mit jeder Zeiteinheit wird also der bisherige Funktionswert mit 0,9 multipliziert. Da 0,9 < 1 ist, werden die Funktionswerte mit jedem Zeitschritt kleiner, und zwar auf das 0,9-fache, also auf 90 % des vorherigen Funktionswertes.

Die prozentuale Abnahme beträgt also 100% - 90% = 10 %

Exponentialgl. Substitution

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

e 5x -5 e 2x -14 e -x = 0

Lösung einblenden
e 5x -5 e 2x -14 e -x = 0
( e 6x -5 e 3x -14 ) · e -x = 0

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

1. Fall:

e 6x -5 e 3x -14 = 0

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

Setze u = e 3x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 -5u -14 = 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 · ( -14 ) 2⋅1

u1,2 = +5 ± 25 +56 2

u1,2 = +5 ± 81 2

u1 = 5 + 81 2 = 5 +9 2 = 14 2 = 7

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

x1,2 = 5 2 ± 81 4

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

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

Rücksubstitution:

u1: e 3x = 7

e 3x = 7 |ln(⋅)
3x = ln( 7 ) |:3
x1 = 1 3 ln( 7 ) ≈ 0.6486

u2: e 3x = -2

e 3x = -2

Diese Gleichung hat keine Lösung!


2. Fall:

e -x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={ 1 3 ln( 7 ) }