Aufgabenbeispiele von Ungleichungen

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quadr. Ungleichungen (einfach)

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

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

Lösung einblenden

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

- ( x +1 ) ( x -3 ) = 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 -3 = 0 | +3
x2 = 3

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

x > -1 und x < 3.

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

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

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

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 unten geöffnet ist, also müssen alle Punkte der Parabel (außer dem Scheitel) unterhalb der x-Achse liegen.
Somit gilt die Ungleichung - x 2 +6x -9 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) = - 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 keinem der Intervalle.

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

{3}

quadratische Ungleichungen 2

Beispiel:

Löse die quadratische Ungleichung:

- x 2 +5x -7 < 3x -5 .

Lösung einblenden

Zuerst betrachtet man den Grenzfall, nämlich dass - x 2 +5x -7 = 3x -5 ist.

- x 2 +5x -7 = 3x -5 | -3x +5

- 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)= - x 2 +5x -7 und g(x)= 3x -5 ansehen,
erkennen wir, dass bei den Lösungen zu - x 2 +5x -7 = 3x -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= 3x -5 , es müssen also entweder alle Punkte der Parabel über der Geraden y= 3x -5 oder alle unter der Geraden y= 3x -5 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 -5 liegen.
Die Ungleichung - x 2 +5x -7 < 3x -5 gilt somit für alle x.

2.Weg
Da es ja keinen Schnittpunkt mit der Geraden y= 3x -5 gibt, müssen alle Funktionswerte von f(x)= - x 2 +5x -7 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 +50 -7 = -7 < -5 = 30 -5 = g(0)
Dies gilt (wegen der fehlenden Schnittpunkte) auch für alle anderen Funktionswerte und die Ungleichung - x 2 +5x -7 < 3x -5 gilt für alle x.

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