Aufgabenbeispiele von Ungleichungen

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quadr. Ungleichungen (einfach)

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

- x ( x -3 ) > 0.

Lösung einblenden

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

- x ( x -3 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -3 = 0 | +3
x2 = 3

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

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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 unten geöffnet ist, also dass der Scheitel der höchste Punkt der Parabel ist.
Somit muss der gesuchte Bereich, in dem - x ( 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 < 0: f(-1) = - ( -1 ) · ( -1 -3 ) = -4 < 0
Für 0 < x < 3: f(2) = - 2 · ( 2 -3 ) = 2 > 0
Für x > 3: f(4) = - 4 · ( 4 -3 ) = -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 ( x -3 ) = 0 nicht zur gesuchten Ungleichung - x ( x -3 ) > 0 gehört, ist x1=0 und x2=3 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

x > 0 und x < 3.

quadratische Ungleichungen

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

-2 x 2 -16x -32 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass -2 x 2 -16x -32 = 0 ist.

-2 x 2 -16x -32 = 0 |:2

- x 2 -8x -16 = 0

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

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

x1,2 = +8 ± ( -8 ) 2 -4 · ( -1 ) · ( -16 ) 2( -1 )

x1,2 = +8 ± 64 -64 -2

x1,2 = +8 ± 0 -2

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

x = 8 -2 = -4

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 -8x -16 = 0 |: -1

x 2 +8x +16 = 0

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

D = 4 2 - 16 = 16 - 16 = 0

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

x = -4 ± 0 = -4

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu f(x)= -2 x 2 -16x -32 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu -2 x 2 -16x -32 = 0 (x = -4) 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 unterhalb der x-Achse liegen.
Somit gilt die Ungleichung -2 x 2 -16x -32 0 für alle x .

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 < -4: f(-5) = -2 ( -5 ) 2 -16( -5 ) -32 = -2 < 0
Für x > -4: f(0) = -2 0 2 -160 -32 = -32 < 0
Also gilt die Ungleichung -2 x 2 -16x -32 0 in beiden Intervallen.

Da der Grenzfall -2 x 2 -16x -32 = 0 auch zur gesuchten Ungleichung -2 x 2 -16x -32 0 gehört, ist x=-4 auch in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

ℝ (alle x erfüllen die Ungleichung)

quadratische Ungleichungen 2

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

-2 x 2 +14x -29 < -2x +5 .

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass -2 x 2 +14x -29 = -2x +5 ist.

-2 x 2 +14x -29 = -2x +5 | +2x -5
-2 x 2 +16x -34 = 0 |:2

- x 2 +8x -17 = 0

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

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

x1,2 = -8 ± 8 2 -4 · ( -1 ) · ( -17 ) 2( -1 )

x1,2 = -8 ± 64 -68 -2

x1,2 = -8 ± ( -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 +8x -17 = 0 |: -1

x 2 -8x +17 = 0

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

D = ( -4 ) 2 - 17 = 16 - 17 = -1

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

Wenn wir uns die zugehörigen Graphen von f(x)= -2 x 2 +14x -29 und g(x)= -2x +5 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu -2 x 2 +14x -29 = -2x +5 (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= -2x +5 , es müssen also entweder alle Punkte der Parabel über der Geraden y= -2x +5 oder alle unter der Geraden y= -2x +5 liegen!

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 unterhalb der Geraden y= -2x +5 liegen.
Die Ungleichung -2 x 2 +14x -29 < -2x +5 gilt somit für alle x.

2.Weg
Da es ja keinen Schnittpunkt mit der Geraden y= -2x +5 gibt, müssen alle Funktionswerte von f(x)= -2 x 2 +14x -29 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) = -2 0 2 +140 -29 = -29 < 5 = -20 +5 = g(0)
Dies gilt (wegen der fehlenden Schnittpunkte) auch für alle anderen Funktionswerte und die Ungleichung -2 x 2 +14x -29 < -2x +5 gilt für alle x.

Die Lösung ist also: ℝ (alle x erfüllen die Ungleichung)