Aufgabenbeispiele von Ungleichungen

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quadr. Ungleichungen (einfach)

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

( x +3 ) ( x -1 ) < 0.

Lösung einblenden

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

( x +3 ) ( x -1 ) = 0

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

1. Fall:

x +3 = 0 | -3
x1 = -3

2. Fall:

x -1 = 0 | +1
x2 = 1

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu f(x)= ( x +3 ) ( x -1 ) ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu ( x +3 ) ( x -1 ) = 0 (x1 = -3 und x2 = 1) 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 +3 ) ( x -1 ) < 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 < -3: f(-4) = ( -4 +3 ) · ( -4 -1 ) = 5 > 0
Für -3 < x < 1: f(0) = ( 0 +3 ) · ( 0 -1 ) = -3 < 0
Für x > 1: f(2) = ( 2 +3 ) · ( 2 -1 ) = 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 +3 ) ( x -1 ) = 0 nicht zur gesuchten Ungleichung ( x +3 ) ( x -1 ) < 0 gehört, ist x1=-3 und x2=1 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

x > -3 und x < 1.

quadratische Ungleichungen

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

x 2 -6x +9 > 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass x 2 -6x +9 = 0 ist.

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 21

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):

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)= x 2 -6x +9 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu x 2 -6x +9 = 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 = 1 > 0 erkennen wir, dass die Parabel nach oben geöffnet ist, also müssen alle Punkte der Parabel (außer dem Scheitel) oberhalb der x-Achse liegen.
Somit gilt die Ungleichung x 2 -6x +9 > 0 für alle 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) = 0 2 -60 +9 = 9 > 0
Für x > 3: f(4) = 4 2 -64 +9 = 1 > 0
Also gilt die Ungleichung x 2 -6x +9 > 0 in beiden Intervallen.

Da der Grenzfall x 2 -6x +9 = 0 nicht zur gesuchten Ungleichung x 2 -6x +9 > 0 gehört, ist x=3 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

ℝ\{3} (alle x außer x=3 erfüllen die Ungleichung)

quadratische Ungleichungen 2

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

2 x 2 -14x +38 2x +4 .

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass 2 x 2 -14x +38 = 2x +4 ist.

2 x 2 -14x +38 = 2x +4 | -2x -4
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 21

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):

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 +38 und g(x)= 2x +4 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu 2 x 2 -14x +38 = 2x +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= 2x +4 , es müssen also entweder alle Punkte der Parabel über der Geraden y= 2x +4 oder alle unter der Geraden y= 2x +4 liegen!

1.Weg
An dem Koeffizienten vor dem x²: a = 2 > 0 erkennen wir, dass die Parabel nach oben geöffnet ist, also müssen alle Punkte der Parabel oberhalb der Geraden y= 2x +4 liegen.
Die Ungleichung 2 x 2 -14x +38 2x +4 gilt somit für kein x.

2.Weg
Da es ja keinen Schnittpunkt mit der Geraden y= 2x +4 gibt, müssen alle Funktionswerte von f(x)= 2 x 2 -14x +38 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 +38 = 38 > 4 = 20 +4 = g(0)
Dies gilt (wegen der fehlenden Schnittpunkte) auch für alle anderen Funktionswerte und die Ungleichung 2 x 2 -14x +38 2x +4 gilt für kein x.

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