Betrachte die folgende Gleichung mit dem Parameter \(a \in \mathbb{R}\):
\(\frac{x-a}{x-2} = \frac{x-4}{x-a}\)
a) Berechne die Lösung der Gleichung für den Fall \(a = 0\).
b) Zeige rechnerisch, dass die Gleichung für \(a = 3\) keine Lösung besitzt.
c) Karim behauptet: „Wenn man \(a = 4\) setzt, erhält man durch Überkreuzmultiplizieren die Lösung \(x = 4\). Also hat die Gleichung für \(a = 4\) genau eine Lösung.“
Beurteile diese Aussage unter Berücksichtigung der Definitionsmenge.
Denkanstöße
- Bestimme für jeden eingesetzten Parameterwert zuerst, welche Werte von \(x\) wegen der Nenner ausgeschlossen sind.
- Achte beim Umformen darauf, ob am Ende eine Bedingung an \(x\) oder ein Widerspruch entsteht.
- Prüfe jedes rechnerische Ergebnis anschließend an der ursprünglichen Definitionsmenge.
Lösung
1. Für \(a=0\) lautet die Gleichung \(\frac{x}{x-2} = \frac{x-4}{x}\). Überkreuzmultiplikation ergibt \(x^2 = (x-2)(x-4) = x^2 - 6x + 8\). Dies führt zu \(6x = 8\) bzw. \(x = \frac{4}{3}\). Da \(\frac{4}{3} \notin \{0; 2\}\), ist dies die Lösung.
2. Für \(a=3\) lautet die Gleichung \(\frac{x-3}{x-2} = \frac{x-4}{x-3}\). Überkreuzmultiplikation ergibt \((x-3)^2 = (x-2)(x-4) \Rightarrow x^2 - 6x + 9 = x^2 - 6x + 8\). Dies führt zum Widerspruch \(9 = 8\), woraus folgt, dass es keine Lösung gibt.
3. Untersuchung der Aussage für \(a=4\): Die Definitionsmenge für \(a=4\) ist \(D = \mathbb{R} \setminus \{2; 4\}\).
4. Die Rechnung per Überkreuzmultiplikation ergibt \((x-4)^2 = (x-2)(x-4) \Rightarrow x^2 - 8x + 16 = x^2 - 6x + 8 \Rightarrow -2x = -8 \Rightarrow x = 4\).
5. Abgleich mit der Definitionsmenge: Da \(x=4\) durch den Nenner \(x-a\) (hier \(x-4\)) ausgeschlossen ist, besitzt die Gleichung für \(a=4\) keine Lösung. Karims Aussage ist falsch.
Antwort
a) \(x = \frac{4}{3}\)
b) Die Umformung führt auf den Widerspruch \(9 = 8\), daher existiert keine Lösung.
c) Die Aussage ist falsch. Zwar liefert die Rechnung \(x = 4\), dieser Wert ist jedoch nicht in der Definitionsmenge enthalten, da er den Nenner \(x-a\) zu null machen würde. Die Gleichung hat für \(a = 4\) keine Lösung.