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quadr. Ungleichungen (einfach)

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

$(x + 1) (x - 3)$ ≤ 0.

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass $(x + 1) (x - 3)$ = 0 ist.

(x + 1) (x - 3)

=

0

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

1. Fall:

$x + 1$	=	0	\| $- 1$
x₁	=	$- 1$

2. Fall:

$x - 3$	=	0	\| $+ 3$
x₂	=	$3$

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu $f(x) =$ $(x + 1) (x - 3)$ ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu $(x + 1) (x - 3)$ = 0 (x₁ = -1 und x₂ = 3) ja gerade die Schnittpunkte der Parabel mit der x-Achse sind.

Jetzt gibt es zwei Möglichkeiten die Ungleichung noch vollends zu lösen:

1.Weg
An dem Koeffizienten vor dem x²: a = 1 > 0 erkennen wir, dass die Parabel nach oben geöffnet ist, also dass der Scheitel der tiefste Punkt der Parabel ist.
Somit muss der gesuchte Bereich, in dem $(x + 1) (x - 3)$ ≤ 0 ist, zwischen den Schnittpunkten mit der x-Achse liegen.

2.Weg
Da es ja nur diese beiden Schnittpunkte mit der x-Achse gibt, müssen die Funktionswerte innerhalb eines dieser drei Intervalle immer das gleiche Vorzeichen haben. Deswegen reicht es einen Vertreter davon zu untersuchen:
Für x < -1: f(-2) = $(- 2 + 1) \cdot (- 2 - 3)$ = $5$ > 0
Für -1 < x < 3: f(0) = $(0 + 1) \cdot (0 - 3)$ = $- 3$ < 0
Für x > 3: f(4) = $(4 + 1) \cdot (4 - 3)$ = $5$ > 0
Also muss der gesuchte Bereich in dem f(x) ≤ 0 ist, zwischen den Schnittpunkten mit der x-Achse liegen.

.

Da der Grenzfall $(x + 1) (x - 3)$ = 0 auch zur gesuchten Ungleichung $(x + 1) (x - 3)$ ≤ 0 gehört, ist x₁=-1 und x₂=3 auch in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

x ≥ -1 und x ≤ 3.

quadratische Ungleichungen

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

$- 2 x^{2} - 6 x - 4$ ≥ 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass $- 2 x^{2} - 6 x - 4$ = 0 ist.

- 2 x^{2} - 6 x - 4

= 0 |:2

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

x_1,2 = $\frac{+ 3 \pm \sqrt{9 - 8}}{- 2}$

x_1,2 = $\frac{+ 3 \pm \sqrt{1}}{- 2}$

x₁ = $\frac{3 + \sqrt{1}}{- 2}$ = $\frac{3+1}{- 2}$ = $\frac{4}{- 2}$ = $- 2$

x₂ = $\frac{3 - \sqrt{1}}{- 2}$ = $\frac{3-1}{- 2}$ = $\frac{2}{- 2}$ = $- 1$

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

Um die Gleichung auf die Form "x² + px + q = 0" zu bekommen, müssen wir zuerst die ganze Gleichung durch " $- 1$ " teilen:

$- x^{2} - 3 x - 2$ = 0 |: $- 1$

$x^{2} + 3 x + 2$ = 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 = ${(\frac{3}{2})}^{2} - 2$ = $\frac{9}{4}$ $-$ $2$ = $\frac{9}{4}$ $-$ $\frac{8}{4}$ = $\frac{1}{4}$

x_1,2 = $- \frac{3}{2}$ ± $\sqrt{\frac{1}{4}}$

x₁ = $- \frac{3}{2}$ - $\frac{1}{2}$ = $- \frac{4}{2}$ = -2

x₂ = $- \frac{3}{2}$ + $\frac{1}{2}$ = $- \frac{2}{2}$ = -1

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu $f(x) =$ $- 2 x^{2} - 6 x - 4$ ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu $- 2 x^{2} - 6 x - 4$ = 0 (x₁ = -2 und x₂ = -1) ja gerade die Schnittpunkte der Parabel mit der x-Achse sind.

Jetzt gibt es zwei Möglichkeiten die Ungleichung noch vollends zu lösen:

1.Weg
An dem Koeffizienten vor dem x²: a = -2 < 0 erkennen wir, dass die Parabel nach unten geöffnet ist, also dass der Scheitel der höchste Punkt der Parabel ist.
Somit muss der gesuchte Bereich, in dem $- 2 x^{2} - 6 x - 4$ ≥ 0 ist, zwischen den Schnittpunkten mit der x-Achse liegen.

2.Weg
Da es ja nur diese beiden Schnittpunkte mit der x-Achse gibt, müssen die Funktionswerte innerhalb eines dieser drei Intervalle immer das gleiche Vorzeichen haben. Deswegen reicht es einen Vertreter davon zu untersuchen:
Für x < -2: f(-3) = $- 2 \cdot {(- 3)}^{2} - 6 \cdot (- 3) - 4$ = $- 4$ < 0
Für -2 < x < -1: f(-1.5) = $- 2 \cdot {(- 1,5)}^{2} - 6 \cdot (- 1,5) - 4$ = $0,5$ > 0
Für x > -1: f(0) = $- 2 \cdot 0^{2} - 6 \cdot 0 - 4$ = $- 4$ < 0
Also muss der gesuchte Bereich in dem f(x) ≥ 0 ist, zwischen den Schnittpunkten mit der x-Achse liegen.

.

Da der Grenzfall $- 2 x^{2} - 6 x - 4$ = 0 auch zur gesuchten Ungleichung $- 2 x^{2} - 6 x - 4$ ≥ 0 gehört, ist x₁=-2 und x₂=-1 auch in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

x ≥ -2 und x ≤ -1.

quadratische Ungleichungen 2

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

$- x^{2} + 5 x - 2$ > $x + 2$ .

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass $- x^{2} + 5 x - 2$ = $x + 2$ ist.

- x^{2} + 5 x - 2

=

x + 2

|

- x

- 2

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

x_1,2 = $\frac{- 4 \pm \sqrt{16 - 16}}{- 2}$

x_1,2 = $\frac{- 4 \pm \sqrt{0}}{- 2}$

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

x = $\frac{- 4}{- 2}$ = $2$

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

Um die Gleichung auf die Form "x² + px + q = 0" zu bekommen, müssen wir zuerst die ganze Gleichung durch " $- 1$ " teilen:

$- x^{2} + 4 x - 4$ = 0 |: $- 1$

$x^{2} - 4 x + 4$ = 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 = ${(- 2)}^{2} - 4$ = $4$ $-$ $4$ = $0$

Da die Diskriminante D = 0 ist, hat die quadratische Gleichung nur eine Lösunng.

x = $2$ ± 0 = $2$

Wenn wir uns die zugehörigen Graphen von $f(x) =$ $- x^{2} + 5 x - 2$ und $g(x) =$ $x + 2$ ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu $- x^{2} + 5 x - 2$ = $x + 2$ (x = 2) ja gerade die Schnittpunkte der Parabel mit der Geraden sind.

Da wir bei dieser Parabel nur einen gemeinsamen Punkt mit der Geraden y= $x + 2$ haben, muss dieser gemeinsame Punkt ein Berührpunkt sein!

1.Weg
An dem Koeffizienten vor dem x²: a = -1 < 0 erkennen wir, dass die Parabel nach unten geöffnet ist, also müssen alle Punkte der Parabel unterhalb der Geraden y= $x + 2$ liegen.
Somit gilt die Ungleichung $- x^{2} + 5 x - 2$ > $x + 2$ für kein x .

2.Weg
Da es ja nur diesen einen Schnittpunkt mit der Geraden y= $x + 2$ gibt, müssen die Funktionswerte von f(x) innerhalb eines dieser beiden Intervalle immer oberhalb oder immer unterhalb der Funktionswerte von g(x) liegen. Deswegen reicht es einen Vertreter davon zu untersuchen:
Für x < 2: f(0) = $- 0^{2} + 5 \cdot 0 - 2$ = $- 2$ < $2$ = $0 + 2$ = g(0)
Für x > 2: f(3) = $- 3^{2} + 5 \cdot 3 - 2$ = $4$ < $5$ = $3 + 2$ = g(3)
Also gilt die Ungleichung $- x^{2} + 5 x - 2$ > $x + 2$ in keinem der Intervalle.

Da der Grenzfall $- x^{2} + 5 x - 2$ = $x + 2$ nicht zur gesuchten Ungleichung $- x^{2} + 5 x - 2$ > $x + 2$ gehört, ist x=2 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

{} (kein x erfüllt die Ungleichung)

Aufgabenbeispiele von Ungleichungen

quadr. Ungleichungen (einfach)

quadratische Ungleichungen

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

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

quadratische Ungleichungen 2

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

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):