Zwei Terme werden als „äquivalent auf ihrer gemeinsamen Definitionsmenge“ bezeichnet, wenn sie für alle erlaubten Werte das gleiche Ergebnis liefern.
Betrachte die Terme \(T_1(x) = \frac{x^2 + 5x}{x + 5}\) und \(T_2(x) = x\).
a) Bestimme die Definitionsmengen \(D_1\) für \(T_1\) und \(D_2\) für \(T_2\).
b) Zeige durch Vereinfachen von \(T_1\), dass die Terme für alle \(x \in D_1\) identische Werte liefern.
c) Erkläre, warum man trotz der Vereinfachung nicht einfach \(T_1 = T_2\) für alle rationalen Zahlen schreiben darf.
Denkanstöße
- Überprüfe, welche Zahl man in \(T_1\) nicht einsetzen darf.
- Was passiert, wenn du versuchst, \(T_1\) für \(x = -5\) zu berechnen?
- Denke daran, dass eine Gleichheit von Termen auch die Gleichheit ihrer Definitionsmengen voraussetzt.
Lösung
1. Definitionsmengen: Bei \(T_1\) darf der Nenner \(x+5\) nicht null sein, daraus folgt \(x \neq -5\), also \(D_1 = \mathbb{Q} \setminus \{-5\}\). \(T_2\) hat keine Einschränkungen, also \(D_2 = \mathbb{Q}\).
2. Vereinfachung: Im Zähler von \(T_1\) wird \(x\) ausgeklammert: \(\frac{x(x+5)}{x+5}\). Für \(x \neq -5\) kann der Faktor \((x+5)\) gekürzt werden, es bleibt \(x\) übrig. Somit gilt \(T_1(x) = x\) für alle \(x \in D_1\).
3. Begründung: Für den speziellen Wert \(x = -5\) ist \(T_1\) nicht definiert (Division durch Null), während \(T_2(-5) = -5\) ein gültiges Ergebnis liefert. Da die Definitionsmengen nicht übereinstimmen, sind die Terme mathematisch nicht über dem gesamten Bereich der rationalen Zahlen identisch.
Antwort
a) \(D_1 = \mathbb{Q} \setminus \{-5\}\), \(D_2 = \mathbb{Q}\).
b) Durch Ausklammern von \(x\) im Zähler erhält man \(T_1(x) = \frac{x(x+5)}{x+5} = x\).
c) An der Stelle \(x = -5\) ist \(T_1\) nicht definiert, \(T_2\) hingegen schon. Terme sind nur dann über \(\mathbb{Q}\) identisch, wenn sie überall definiert sind und die gleichen Werte liefern.