Aufgabenbeispiele von Ungleichungen

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quadr. Ungleichungen (einfach)

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

( x -1 ) ( x -4 ) < 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass ( x -1 ) ( x -4 ) = 0 ist.

( x -1 ) ( x -4 ) = 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 -4 = 0 | +4
x2 = 4

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

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

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 -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 < 1: f(0) = ( 0 -1 ) · ( 0 -4 ) = 4 > 0
Für 1 < x < 4: f(3) = ( 3 -1 ) · ( 3 -4 ) = -2 < 0
Für x > 4: f(5) = ( 5 -1 ) · ( 5 -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 ( x -1 ) ( x -4 ) = 0 nicht zur gesuchten Ungleichung ( x -1 ) ( x -4 ) < 0 gehört, ist x1=1 und x2=4 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

x > 1 und x < 4.

quadratische Ungleichungen

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

-2 x 2 +12x -18 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass -2 x 2 +12x -18 = 0 ist.

-2 x 2 +12x -18 = 0 |:2

- x 2 +6x -9 = 0

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

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

x1,2 = -6 ± 6 2 -4 · ( -1 ) · ( -9 ) 2( -1 )

x1,2 = -6 ± 36 -36 -2

x1,2 = -6 ± 0 -2

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

x = -6 -2 = 3

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 +6x -9 = 0 |: -1

x 2 -6x +9 = 0

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( -3 ) 2 - 9 = 9 - 9 = 0

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

x = 3 ± 0 = 3

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu f(x)= -2 x 2 +12x -18 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu -2 x 2 +12x -18 = 0 (x = 3) ja gerade die Schnittpunkte der Parabel mit der x-Achse sind.

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Da wir bei dieser Parabel nur einen gemeinsamen Punkt mit der x-Achse haben, muss dieser gemeinsame Punkt der Scheitel sein!

1.Weg
An dem Koeffizienten vor dem x²: a = -2 < 0 erkennen wir, dass die Parabel nach unten geöffnet ist, also müssen alle Punkte der Parabel (außer dem Scheitel) unterhalb der x-Achse liegen.
Somit gilt die Ungleichung -2 x 2 +12x -18 0 für kein x außer für x = 3.

2.Weg
Da es ja nur diesen einen Schnittpunkt mit der x-Achse gibt, müssen die Funktionswerte von f(x) innerhalb eines dieser beiden Intervalle immer das gleiche Vorzeichen haben. Deswegen reicht es einen Vertreter davon zu untersuchen:
Für x < 3: f(0) = -2 0 2 +120 -18 = -18 < 0
Für x > 3: f(4) = -2 4 2 +124 -18 = -2 < 0
Also gilt die Ungleichung -2 x 2 +12x -18 0 in keinem der Intervalle.

Da der Grenzfall -2 x 2 +12x -18 = 0 auch zur gesuchten Ungleichung -2 x 2 +12x -18 0 gehört, ist x=3 auch in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

{3}

quadratische Ungleichungen 2

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

- x 2 +9x -14 3x -4 .

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass - x 2 +9x -14 = 3x -4 ist.

- x 2 +9x -14 = 3x -4 | -3x +4

- x 2 +6x -10 = 0

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

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

x1,2 = -6 ± 6 2 -4 · ( -1 ) · ( -10 ) 2( -1 )

x1,2 = -6 ± 36 -40 -2

x1,2 = -6 ± ( -4 ) -2

Da die Diskriminante (Zahl unter der Wurzel) negativ ist, hat die quadratische Gleichung keine Lösung!

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 +6x -10 = 0 |: -1

x 2 -6x +10 = 0

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( -3 ) 2 - 10 = 9 - 10 = -1

Da die Diskriminante D < 0 ist, hat die quadratische Gleichung keine Lösunng.

Wenn wir uns die zugehörigen Graphen von f(x)= - x 2 +9x -14 und g(x)= 3x -4 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu - x 2 +9x -14 = 3x -4 (hier: keine) ja gerade die Schnittpunkte der Parabel mit der Geraden sind.

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Wir haben also bei dieser Parabel keinen gemeinsamen Punkt mit der Geraden y= 3x -4 , es müssen also entweder alle Punkte der Parabel über der Geraden y= 3x -4 oder alle unter der Geraden y= 3x -4 liegen!

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= 3x -4 liegen.
Die Ungleichung - x 2 +9x -14 3x -4 gilt somit für kein x.

2.Weg
Da es ja keinen Schnittpunkt mit der Geraden y= 3x -4 gibt, müssen alle Funktionswerte von f(x)= - x 2 +9x -14 immer oberhalb oder immer unterhalb der Funktionswerte von g(x) liegen. Deswegen reicht es einen Vertreter davon, am einfachsten mit x=0, zu untersuchen:
f(0) = - 0 2 +90 -14 = -14 < -4 = 30 -4 = g(0)
Dies gilt (wegen der fehlenden Schnittpunkte) auch für alle anderen Funktionswerte und die Ungleichung - x 2 +9x -14 3x -4 gilt für kein x.

Die Lösung ist also: {} (kein x erfüllt die Ungleichung)