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quadr. Ungleichungen (einfach)

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

x ( x -5 ) < 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass x ( x -5 ) = 0 ist.

x ( x -5 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -5 = 0 | +5
x2 = 5

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu f(x)= x ( x -5 ) ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu x ( x -5 ) = 0 (x1 = 0 und x2 = 5) 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 oben geöffnet ist, also dass der Scheitel der tiefste Punkt der Parabel ist.
Somit muss der gesuchte Bereich, in dem x ( x -5 ) < 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 -5 ) = 6 > 0
Für 0 < x < 5: f(4) = 4 · ( 4 -5 ) = -4 < 0
Für x > 5: f(6) = 6 · ( 6 -5 ) = 6 > 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 -5 ) = 0 nicht zur gesuchten Ungleichung x ( x -5 ) < 0 gehört, ist x1=0 und x2=5 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

x > 0 und x < 5.

quadratische Ungleichungen

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

- x 2 +4x +5 < 0.

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass - x 2 +4x +5 = 0 ist.

- x 2 +4x +5 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = -4 ± 4 2 -4 · ( -1 ) · 5 2( -1 )

x1,2 = -4 ± 16 +20 -2

x1,2 = -4 ± 36 -2

x1 = -4 + 36 -2 = -4 +6 -2 = 2 -2 = -1

x2 = -4 - 36 -2 = -4 -6 -2 = -10 -2 = 5

Wenn wir uns die zugehörige Parabel zu f(x)= - x 2 +4x +5 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu - x 2 +4x +5 = 0 (x1 = -1 und x2 = 5) 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 2 +4x +5 < 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 < -1: f(-2) = - ( -2 ) 2 +4( -2 ) +5 = -7 < 0
Für -1 < x < 5: f(0) = - 0 2 +40 +5 = 5 > 0
Für x > 5: f(6) = - 6 2 +46 +5 = -7 < 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 +4x +5 = 0 nicht zur gesuchten Ungleichung - x 2 +4x +5 < 0 gehört, ist x1=-1 und x2=5 nicht in der Lösungmenge. Somit gilt für diese:

x < -1 oder x > 5.

quadratische Ungleichungen 2

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

-2 x 2 +3x -9 -x -5 .

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass -2 x 2 +3x -9 = -x -5 ist.

-2 x 2 +3x -9 = -x -5 | + x +5
-2 x 2 +4x -4 = 0 |:2

- x 2 +2x -2 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

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

x1,2 = -2 ± 4 -8 -2

x1,2 = -2 ± ( -4 ) -2

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

Wenn wir uns die zugehörigen Graphen von f(x)= -2 x 2 +3x -9 und g(x)= -x -5 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu -2 x 2 +3x -9 = -x -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= -x -5 , es müssen also entweder alle Punkte der Parabel über der Geraden y= -x -5 oder alle unter der Geraden y= -x -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= -x -5 liegen.
Die Ungleichung -2 x 2 +3x -9 -x -5 gilt somit für alle x.

2.Weg
Da es ja keinen Schnittpunkt mit der Geraden y= -x -5 gibt, müssen alle Funktionswerte von f(x)= -2 x 2 +3x -9 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 +30 -9 = -9 < -5 = -0 -5 = g(0)
Dies gilt (wegen der fehlenden Schnittpunkte) auch für alle anderen Funktionswerte und die Ungleichung -2 x 2 +3x -9 -x -5 gilt für alle x.

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