Aufgabenbeispiele von Ungleichungen

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quadr. Ungleichungen (einfach)

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

- ( x +3 ) · ( x -2 ) < 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass - ( x +3 ) · ( x -2 ) = 0 ist.

- ( x +3 ) · ( x -2 ) = 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 -2 = 0 | +2
x2 = 2

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu f(x)= - ( x +3 ) · ( x -2 ) ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu - ( x +3 ) · ( x -2 ) = 0 (x1 = -3 und x2 = 2) 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 unten geöffnet ist, also dass der Scheitel der höchste Punkt der Parabel ist.
Somit muss der gesuchte Bereich, in dem - ( x +3 ) · ( x -2 ) < 0 ist, links und rechts der Schnittpunkte 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 -2 ) = -6 < 0
Für -3 < x < 2: f(0) = - ( 0 +3 ) · ( 0 -2 ) = 6 > 0
Für x > 2: f(3) = - ( 3 +3 ) · ( 3 -2 ) = -6 < 0
Also muss der gesuchte Bereich in dem f(x) < 0 ist, links und rechts der Schnittpunkte mit der x-Achse liegen.

.

Da der Grenzfall - ( x +3 ) · ( x -2 ) = 0 nicht zur gesuchten Ungleichung - ( x +3 ) · ( x -2 ) < 0 gehört, ist x1=-3 und x2=2 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

x < -3 oder x > 2.

quadratische Ungleichungen

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

x 2 - x -20 ≥ 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass x 2 - x -20 = 0 ist.

x 2 - x -20 = 0

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

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

x1,2 = +1 ± ( -1 ) 2 -4 · 1 · ( -20 ) 2⋅1

x1,2 = +1 ± 1 +80 2

x1,2 = +1 ± 81 2

x1 = 1 + 81 2 = 1 +9 2 = 10 2 = 5

x2 = 1 - 81 2 = 1 -9 2 = -8 2 = -4

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 = ( - 1 2 ) 2 - ( -20 ) = 1 4 + 20 = 1 4 + 80 4 = 81 4

x1,2 = 1 2 ± 81 4

x1 = 1 2 - 9 2 = - 8 2 = -4

x2 = 1 2 + 9 2 = 10 2 = 5

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu f(x)= x 2 - x -20 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu x 2 - x -20 = 0 (x1 = -4 und x2 = 5) 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 2 - x -20 ≥ 0 ist, links und rechts der Schnittpunkte 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 < -4: f(-5) = ( -5 ) 2 - ( -5 ) -20 = 10 > 0
Für -4 < x < 5: f(0) = 0 2 - 0 -20 = -20 < 0
Für x > 5: f(6) = 6 2 - 6 -20 = 10 > 0
Also muss der gesuchte Bereich in dem f(x) ≥ 0 ist, links und rechts der Schnittpunkte mit der x-Achse liegen.

.

Da der Grenzfall x 2 - x -20 = 0 auch zur gesuchten Ungleichung x 2 - x -20 ≥ 0 gehört, ist x1=-4 und x2=5 auch in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

x ≤ -4 oder x ≥ 5.

quadratische Ungleichungen 2

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

x 2 +7x +14 < -x -2 .

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass x 2 +7x +14 = -x -2 ist.

x 2 +7x +14 = -x -2 | + x +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):

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 zugehörigen Graphen von f(x)= x 2 +7x +14 und g(x)= -x -2 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu x 2 +7x +14 = -x -2 (x = -4) ja gerade die Schnittpunkte der Parabel mit der Geraden sind.

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

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 oben geöffnet ist, also müssen alle Punkte der Parabel oberhalb der Geraden y= -x -2 liegen.
Somit gilt die Ungleichung x 2 +7x +14 < -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 < -4: f(-5) = ( -5 ) 2 +7⋅( -5 ) +14 = 4 > 3 = -( -5 ) -2 = g(-5)
Für x > -4: f(0) = 0 2 +7⋅0 +14 = 14 > -2 = -0 -2 = g(0)
Also gilt die Ungleichung x 2 +7x +14 < -x -2 in keinem der Intervalle.

Da der Grenzfall x 2 +7x +14 = -x -2 nicht zur gesuchten Ungleichung x 2 +7x +14 < -x -2 gehört, ist x=-4 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

{} (kein x erfüllt die Ungleichung)