Aufgabenbeispiele von vermischte Gleichungen

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Schnittpunkte berechnen

Beispiel:

Gegegben sind die Funktionen f und g mit f(x)= e 6x -6 und g(x)= -5 e 3x . Bestimme die Schnittpunkte der Graphen.

Lösung einblenden

Um die Schnittpunkte zu berechnen, müssen wir einfach die beiden Funktionsterme gleichsetzen:

e 6x -6 = -5 e 3x | +5 e 3x
e 6x +5 e 3x -6 = 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 -6 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

u1,2 = -5 ± 5 2 -4 · 1 · ( -6 ) 21

u1,2 = -5 ± 25 +24 2

u1,2 = -5 ± 49 2

u1 = -5 + 49 2 = -5 +7 2 = 2 2 = 1

u2 = -5 - 49 2 = -5 -7 2 = -12 2 = -6

Rücksubstitution:

u1: e 3x = 1

e 3x = 1 |ln(⋅)
3x = 0 |:3
x1 = 0 ≈ 0

u2: e 3x = -6

e 3x = -6

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={0}

Damit haben wir die Schnittstellen. Jetzt müssen wir die x-Werte nur noch in einen der beiden Funktionsterme einsetzen:

x1 = 0: f(0)= -5 e 30 = -5 Somit gilt: S1(0|-5)

Steigung gleichsetzen

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangenten an den Graph von f mit f(x)= 1 4 e 4x + 5 2 e 2x parallel zur Geraden y = 6x +4 sind.

Lösung einblenden

Für die Steigung der Geraden y = 6x +4 gilt m = 6

Die Steigungen der Tangenten an f können wir mit der Ableitungsfunktion f' berechnen.

f(x)= 1 4 e 4x + 5 2 e 2x

f'(x)= e 4x +5 e 2x

Also muss gelten:

e 4x +5 e 2x = 6 | -6
e 4x +5 e 2x -6 = 0

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

Setze u = e 2x

Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:

u 2 +5u -6 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

u1,2 = -5 ± 5 2 -4 · 1 · ( -6 ) 21

u1,2 = -5 ± 25 +24 2

u1,2 = -5 ± 49 2

u1 = -5 + 49 2 = -5 +7 2 = 2 2 = 1

u2 = -5 - 49 2 = -5 -7 2 = -12 2 = -6

Rücksubstitution:

u1: e 2x = 1

e 2x = 1 |ln(⋅)
2x = 0 |:2
x1 = 0 ≈ 0

u2: e 2x = -6

e 2x = -6

Diese Gleichung hat keine Lösung!

L={0}

An diesen Stellen haben somit die Tangenten an f die Steigung 6 und sind somit parallel zur Geraden y = 6x +4 .

vermischte Gleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 6 +6 x 4 = 0

Lösung einblenden
x 6 +6 x 4 = 0
x 4 ( x 2 +6 ) = 0

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

1. Fall:

x 4 = 0 | 4
x1 = 0

2. Fall:

x 2 +6 = 0 | -6
x 2 = -6 | 2

Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!

L={0}

0 ist 4-fache Lösung!

Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

3 x + 3x -1 x +1 -3 = 0

Lösung einblenden

D=R\{ -1 ; 0}

3x -1 x +1 -3 + 3 x = 0

Wir multiplizieren den Nenner x +1 weg!

3x -1 x +1 -3 + 3 x = 0 |⋅( x +1 )
3x -1 x +1 · ( x +1 ) -3 · ( x +1 ) + 3 x · ( x +1 ) = 0
3x -1 -3x -3 +3 x +1 x = 0
3( x +1 ) x +3x -3x -1 -3 = 0

Wir multiplizieren den Nenner x weg!

3( x +1 ) x +3x -3x -1 -3 = 0 |⋅( x )
3( x +1 ) x · x + 3x · x -3x · x -1 · x -3 · x = 0
3x +3 +3 x · x -3 x · x - x -3x = 0
3x +3 +3 x 2 -3 x 2 - x -3x = 0
-x +3 = 0
-x +3 = 0 | -3
-x = -3 |:(-1 )
x = 3

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ 3 }

Gleichungen mit Polynomdivision

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

x 4 +10 x 3 +21 x 2 -4x -28 = 0

Lösung einblenden

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 4 +10 x 3 +21 x 2 -4x -28 = 0 zu bestimmen, ist mit Polynomdivision.
Das funktioniert aber nur, wenn wir eine ganzzahlige Lösung durch Ausprobieren finden.
Dazu testen wir alle Teiler (mit beiden Vorzeichen) des Absolutglieds -28 .

1 ist eine Lösung, denn 1 4 +10 1 3 +21 1 2 -41 -28 = 0.

Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x-1) durch.

( x 4 +10 x 3 +21 x 2 -4x -28 ) : (x-1) = x 3 +11 x 2 +32x +28
-( x 4 - x 3 )
11 x 3 +21 x 2
-( 11 x 3 -11 x 2 )
32 x 2 -4x
-( 32 x 2 -32x )
28x -28
-( 28x -28 )
0

es gilt also:

x 4 +10 x 3 +21 x 2 -4x -28 = ( x 3 +11 x 2 +32x +28 ) · ( x -1 )

( x 3 +11 x 2 +32x +28 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

Die einzige und letzte Chance, die Lösungen von x 3 +11 x 2 +32x +28 = 0 zu bestimmen, ist mit Polynomdivision.
Das funktioniert aber nur, wenn wir eine ganzzahlige Lösung durch Ausprobieren finden.
Dazu testen wir alle Teiler (mit beiden Vorzeichen) des Absolutglieds 28 .

-2 ist eine Lösung, denn ( -2 ) 3 +11 ( -2 ) 2 +32( -2 ) +28 = 0.

Wir führen also eine Polynomdivison mit dem Divisor (x+2) durch.

( x 3 +11 x 2 +32x +28 ) : (x+2) = x 2 +9x +14
-( x 3 +2 x 2 )
9 x 2 +32x
-( 9 x 2 +18x )
14x +28
-( 14x +28 )
0

es gilt also:

x 3 +11 x 2 +32x +28 = ( x 2 +9x +14 ) · ( x +2 )

( x 2 +9x +14 ) ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

x 2 +9x +14 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = -9 ± 9 2 -4 · 1 · 14 21

x1,2 = -9 ± 81 -56 2

x1,2 = -9 ± 25 2

x1 = -9 + 25 2 = -9 +5 2 = -4 2 = -2

x2 = -9 - 25 2 = -9 -5 2 = -14 2 = -7


2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x3 = -2

Polynomdivision mit -7


2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x3 = 1

Polynomdivision mit -2

Polynomdivision mit -7

L={ -7 ; -2 ; 1 }

-2 ist 2-fache Lösung!

Betragsgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

1 3 | -2x -4 | +4 = 14

Lösung einblenden
1 3 | -2x -4 | +4 = 14
4 + 1 3 | -2x -4 | = 14 | -4
1 3 | -2x -4 | = 10 |⋅3
| -2x -4 | = 30

1. Fall: -2x -4 ≥ 0:

-2x -4 = 30 | +4
-2x = 34 |:(-2 )
x1 = -17

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -2x -4 ≥ 0) genügt:

-2( -17 ) -4 = 30 ≥ 0

Die Lösung -17 genügt also der obigen Bedingung.

2. Fall: -2x -4 < 0:

-( -2x -4 ) = 30
2x +4 = 30 | -4
2x = 26 |:2
x2 = 13

Eigentlich müssen wir jetzt noch überprüfen, ob die Lösung(en) überhaupt der obigen Bedingung bei der Fallunterscheidung ( -2x -4 < 0) genügt:

-213 -4 = -30 < 0

Die Lösung 13 genügt also der obigen Bedingung.

L={ -17 ; 13 }