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Stellen Sie aus rund 25.000 Matheaufgaben von der 3. bis zur 13. Klasse Ihre eigenen Arbeitsblätter zusammen. Alle Aufgaben enthalten Lösungsschritte.

Quadratische Bruchgleichungen

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4154549
Bestimme die Lösungsmenge der folgenden Bruchgleichung: \(\frac{x-1}{x} = \frac{2}{x+3}\)

Denkanstöße

- Womit musst du die Gleichung multiplizieren, um die Brüche aufzulösen? - Vergiss nicht zu prüfen, für welche Werte von \(x\) die ursprüngliche Gleichung überhaupt definiert ist. - Wie viele Lösungen erwartest du bei einer Gleichung der Form \(x^2 = a\)?

Lösung

1. Definitionsmenge bestimmen: Die Nenner dürfen nicht null werden, daher gilt \(x \neq 0\) und \(x \neq -3\). 2. Multiplikation mit dem Hauptnenner \(x(x+3)\): \((x-1)(x+3) = 2x\). 3. Ausmultiplizieren der Klammern: \(x^2 + 3x - x - 3 = 2x\), also \(x^2 + 2x - 3 = 2x\). 4. Subtraktion von \(2x\) auf beiden Seiten führt zur reinquadratischen Gleichung: \(x^2 - 3 = 0\), also \(x^2 = 3\). 5. Wurzel ziehen ergibt die potenziellen Lösungen: \(x_1 = \sqrt{3}\) und \(x_2 = -\sqrt{3}\). 6. Abgleich mit der Definitionsmenge: Beide Werte sind enthalten. 7. Damit ist \(L = \{-\sqrt{3}; \sqrt{3}\}\).

Antwort

\(L = \{-\sqrt{3}; \sqrt{3}\}\)
4334499
In der Abbildung sind die Graphen der Funktionen \(f(x)=\frac{3}{x}\) und \(g(x)=-x+4\) dargestellt. 1. Lies die Koordinaten der Schnittpunkte der beiden Graphen ab. 2. Welche der folgenden Gleichungen lässt sich mithilfe dieser Schnittpunkte direkt lösen? Begründe deine Wahl. (A) \(\frac{3}{x}+x=4\) (B) \(\frac{3}{x}-x=4\) (C) \(\frac{3}{x}=x+4\) 3. Berechne die Lösungsmenge der gewählten Gleichung.
Abbildung zur Aufgabe 433449

Denkanstöße

- Wo schneiden sich die mit \(f\) und \(g\) beschrifteten Graphen? - Welche Gleichung beschreibt grundsätzlich einen Schnittpunkt zweier Funktionsgraphen? - Welche Bedingung an \(x\) musst du beachten, bevor du den Bruchterm beseitigst?

Lösung

1. Aus der Abbildung liest man die Schnittpunkte \(S_1(1\mid3)\) und \(S_2(3\mid1)\) ab. 2. An Schnittpunkten gilt \(f(x)=g(x)\), also \(\frac{3}{x}=-x+4\). Durch Addition von \(x\) folgt \(\frac{3}{x}+x=4\). Daher passt (A). 3. Für \(x\neq0\) wird \(\frac{3}{x}=-x+4\) mit \(x\) multipliziert: \(3=-x^2+4x\). 4. Umformen ergibt \(x^2-4x+3=0\). Mit der \(p\)-\(q\)-Formel folgt \(x_{1,2}=2\pm\sqrt{4-3}=2\pm1\). 5. Damit sind \(x_1=1\) und \(x_2=3\). Beide Werte sind zulässig, also \(L=\{1;3\}\).

Antwort

1. \(S_1(1\mid3)\) und \(S_2(3\mid1)\) 2. (A), denn sie ist äquivalent zu \(f(x)=g(x)\). 3. \(L=\{1;3\}\)
5534609
Löse die Bruchgleichung \(\frac{3}{x-1}=x-1\) über der Grundmenge \(\mathbb{R}\). Gib zuerst die Definitionsmenge \(D\) und anschließend die Lösungsmenge \(L\) an.

Denkanstöße

- Welcher Wert ist wegen des Nenners ausgeschlossen? - Wie kannst du den Bruchterm beseitigen, ohne die Definitionsmenge aus dem Blick zu verlieren? - Was musst du beachten, wenn du das Quadrieren beim Lösen wieder rückgängig machst?

Lösung

1. Wegen des Nenners gilt \(x\neq1\). Daher ist \(D=\mathbb{R}\setminus\{1\}\). 2. Für \(x\in D\) kann mit \(x-1\) multipliziert werden. Es folgt \(3=(x-1)^2\). 3. Daraus erhält man \(x-1=\pm\sqrt{3}\), also \(x=1\pm\sqrt{3}\). 4. Beide Werte liegen in \(D\). Somit ist \(L=\{1-\sqrt{3};1+\sqrt{3}\}\).

Antwort

\(D=\mathbb{R}\setminus\{1\}\), \(L=\{1-\sqrt{3};1+\sqrt{3}\}\)
5534619
Löse die Bruchgleichung \(\frac{x+2}{x}=\frac{2}{x-1}\) über der Grundmenge \(\mathbb{R}\). Gib \(D\) und \(L\) an.

Denkanstöße

- Welche beiden Werte musst du wegen der Nenner ausschließen? - Mit welchem Ausdruck könntest du beide Brüche gleichzeitig beseitigen? - Prüfe gefundene Lösungen am Ende noch einmal gegen die Definitionsmenge.

Lösung

1. Die Nenner dürfen nicht null sein. Daher ist \(D=\mathbb{R}\setminus\{0;1\}\). 2. Für \(x\in D\) kann mit \(x(x-1)\) multipliziert werden: \((x+2)(x-1)=2x\). 3. Ausmultiplizieren und Umformen ergibt \(x^2-x-2=0\). 4. Faktorisieren liefert \((x-2)(x+1)=0\), also \(x=2\) oder \(x=-1\). 5. Beide Werte gehören zu \(D\). Somit ist \(L=\{-1;2\}\).

Antwort

\(D=\mathbb{R}\setminus\{0;1\}\), \(L=\{-1;2\}\)
5534629
Löse die Bruchgleichung \(\frac{2}{x-2}=-x\) über der Grundmenge \(\mathbb{R}\). Gib \(D\) und \(L\) an und begründe, warum keine reelle Lösung existiert.

Denkanstöße

- Welcher Wert ist durch den Nenner ausgeschlossen? - Welche quadratische Gleichung entsteht nach einer zulässigen Beseitigung des Nenners? - Wie kannst du entscheiden, ob diese quadratische Gleichung reelle Lösungen besitzt, ohne sie vollständig zu lösen?

Lösung

1. Wegen des Nenners gilt \(x\neq2\). Daher ist \(D=\mathbb{R}\setminus\{2\}\). 2. Für \(x\in D\) kann mit \(x-2\) multipliziert werden. Es folgt \(2=-x(x-2)\). 3. Umformen ergibt \(x^2-2x+2=0\). 4. Die Diskriminante ist \(\Delta=(-2)^2-4\cdot1\cdot2=-4<0\). Deshalb besitzt die quadratische Gleichung keine reelle Lösung. 5. Somit ist \(L=\varnothing\).

Antwort

\(D=\mathbb{R}\setminus\{2\}\), \(L=\varnothing\)
4132569
Betrachte die Funktionen \(f(x) = \frac{18}{x}\) und \(g(x) = 2x\). a) Berechne alle Schnittpunkte der Graphen von \(f\) und \(g\). b) Beschreibe den Verlauf der Graphen für sehr große \(x\)-Werte. Welcher Graph liegt für \(x > 10\) „oben“? Begründe deine Antwort ohne eine Zeichnung.

Denkanstöße

- Wie viele Lösungen hat eine Gleichung der Form \(x^2 = a\)? - Überlege dir, was mit einem Bruch passiert, wenn der Nenner immer größer wird. - Setze beispielhaft einen großen Wert für \(x\) in beide Funktionsgleichungen ein.

Lösung

1. Gleichsetzen unter Beachtung von \(x \neq 0\): \(\frac{18}{x} = 2x\). 2. Multiplikation mit \(x\): \(18 = 2x^2\). 3. Division durch 2: \(9 = x^2\). 4. Ziehen der Quadratwurzel: \(x_1 = 3\) und \(x_2 = -3\). 5. \(y\)-Koordinaten berechnen: \(f(3) = 6\) und \(f(-3) = -6\). Die Schnittpunkte sind \(S_1(3 \mid 6)\) und \(S_2(-3 \mid -6)\). 6. Vergleich für \(x > 10\): Für wachsende \(x\) wird der Wert von \(f(x) = \frac{18}{x}\) immer kleiner (nähert sich 0), während \(g(x) = 2x\) immer größer wird. Da \(g(10) = 20\) und \(f(10) = 1{,}8\), liegt der Graph von \(g\) oberhalb von \(f\).

Antwort

a) Die Schnittpunkte sind \(S_1(3 \mid 6)\) und \(S_2(-3 \mid -6)\). b) Der Graph von \(g(x) = 2x\) liegt für \(x > 10\) oben, da \(f(x)\) für große \(x\) gegen Null sinkt, während \(g(x)\) unbegrenzt ansteigt.
4134829
Bestimme die Lösungsmenge \(L\) für die Bruchgleichung: \(\frac{x}{x-1}+\frac{x}{x+1}=2{,}5\)

Denkanstöße

- Welche Werte musst du wegen der Nenner zuerst aus der Definitionsmenge ausschließen? - Es kann helfen, \(2{,}5\) als Bruch zu schreiben, bevor du die Nenner beseitigst. - Prüfe die gefundenen Werte am Ende gegen die Definitionsmenge.

Lösung

1. Die Nenner werden für \(x=1\) und \(x=-1\) null. Daher ist \(D=\mathbb{R}\setminus\{-1;1\}\). 2. Schreibe \(2{,}5=\frac{5}{2}\) und multipliziere die Gleichung mit \(2(x-1)(x+1)\). Es folgt \(2x(x+1)+2x(x-1)=5(x-1)(x+1)\). 3. Ausmultiplizieren ergibt \(4x^2=5x^2-5\), also \(x^2=5\). 4. Daher sind die algebraischen Lösungen \(x=\sqrt{5}\) und \(x=-\sqrt{5}\). 5. Beide Werte liegen in \(D\). Somit ist \(L=\{-\sqrt{5};\sqrt{5}\}\).

Antwort

\(D=\mathbb{R}\setminus\{-1;1\}\), \(L=\{-\sqrt{5};\sqrt{5}\}\)
4135489
Untersuche die Funktionen \(f: x \mapsto \frac{4}{x-1}\) und \(g: x \mapsto x-1\). Berechne alle Schnittpunkte der beiden Graphen und gib die Nullstellen der Funktionen an.

Denkanstöße

- Wie kannst du eine Gleichung lösen, bei der ein Ausdruck im Quadrat steht? - Denk daran, dass beim Lösen von Gleichungen mit Quadraten oft zwei Lösungen möglich sind. - Kann jeder Teil einer Funktion null werden? Schau dir den Zähler genau an. - Überprüfe, ob deine gefundenen Werte für \(x\) überhaupt in die ursprünglichen Funktionen eingesetzt werden dürfen.

Lösung

1. Definitionsbereich von \(f\): \(x \neq 1\). 2. Berechnung der Schnittpunkte: Gleichsetzen \(\frac{4}{x-1} = x - 1\). 3. Multiplikation mit dem Nenner: \(4 = (x-1)^2\). 4. Ziehen der Wurzel: \(x-1 = 2\) oder \(x-1 = -2\). 5. Lösungen für \(x\): \(x_1 = 3\) und \(x_2 = -1\). 6. Bestimmung der \(y\)-Werte: \(g(3) = 3 - 1 = 2\) und \(g(-1) = -1 - 1 = -2\). Die Schnittpunkte sind \(S_1(3 \mid 2)\) und \(S_2(-1 \mid -2)\). 7. Nullstelle von \(f\): Da der Zähler \(4\) konstant ist, hat \(f\) keine Nullstellen. 8. Nullstelle von \(g\): \(x - 1 = 0 \implies x = 1\). Da dies zugleich die Definitionslücke von \(f\) ist, ist \(x = 1\) nur eine Nullstelle von \(g\); der zugehörige Punkt ist \((1 \mid 0)\).

Antwort

Schnittpunkte: \((3 \mid 2)\) und \((-1 \mid -2)\) Nullstelle von \(f\): Keine vorhanden Nullstelle von \(g\): \(x = 1\) (zugehöriger Punkt: \((1 \mid 0)\))
4140519
Löse die folgende Bruchgleichung über der Grundmenge \(\mathbb{Q}\): \(\frac{1}{x} + \frac{1}{x+2} = \frac{3}{4}\)

Denkanstöße

- Suche zuerst den Hauptnenner, um die Brüche aufzulösen. - Multipliziere jedes Glied der Gleichung mit diesem Hauptnenner. - Nach dem Zusammenfassen erhältst du eine quadratische Gleichung. Welche Lösungsverfahren kennst du dafür? - Vergiss nicht, die Definitionsmenge zu Beginn festzulegen.

Lösung

1. Definitionsmenge: \(\mathbb{D} = \mathbb{Q} \setminus \{-2; 0\}\). 2. Hauptnenner bestimmen: \(4x(x+2)\). 3. Gleichung mit dem Hauptnenner multiplizieren: \(4(x+2) + 4x = 3x(x+2)\). 4. Klammern auflösen: \(4x + 8 + 4x = 3x^2 + 6x\). 5. Zusammenfassen und in Normalform bringen: \(8x + 8 = 3x^2 + 6x \implies 3x^2 - 2x - 8 = 0\). 6. Quadratische Gleichung lösen (z. B. mit der Mitternachtsformel): \(x = \frac{-(-2) \pm \sqrt{(-2)^2 - 4 \cdot 3 \cdot (-8)}}{2 \cdot 3} = \frac{2 \pm \sqrt{100}}{6}\). 7. Lösungen berechnen: \(x_1 = \frac{2 + 10}{6} = 2\) und \(x_2 = \frac{2 - 10}{6} = -\frac{4}{3}\). Beide liegen in \(\mathbb{D}\).

Antwort

\(x_1 = 2\); \(x_2 = -\frac{4}{3}\)
4140529
Die Graphen der Funktionen \(f(x)=\frac{4}{x}\) und \(g(x)=x-3\) schneiden sich. 1. Bestimme über \(\mathbb{R}\) die Definitionsmenge für die Gleichung \(f(x)=g(x)\). 2. Berechne die \(x\)-Koordinaten der Schnittpunkte durch Gleichsetzen der Funktionsterme. 3. Erkläre kurz, warum man bei Bruchgleichungen die Definitionsmenge immer im Blick behalten muss.

Denkanstöße

- Welche Werte sind schon vor dem Lösen wegen des Nenners ausgeschlossen? - Welche äquivalente Umformung kann die Bruchgleichung auf der festgelegten Definitionsmenge vereinfachen? - Prüfe die Struktur der entstehenden Gleichung und wähle dann ein passendes Lösungsverfahren. - Vergleiche jede gefundene Lösung abschließend mit der Definitionsmenge.

Lösung

1. Wegen des Nenners \(x\) ist \(D=\mathbb{R}\setminus\{0\}\). 2. Gleichsetzen ergibt \(\frac{4}{x}=x-3\). 3. Für \(x\neq0\) darf mit \(x\) multipliziert werden: \(4=x(x-3)\). 4. Daraus folgt \(x^2-3x-4=0\). 5. Faktorisieren liefert \((x-4)(x+1)=0\), also \(x=4\) oder \(x=-1\). Beide Werte liegen in \(D\). 6. Die Definitionsmenge ist nötig, weil beim Umformen Werte entstehen können, für die die ursprünglichen Nenner null wären; solche Werte dürfen keine Lösungen sein.

Antwort

1. \(D=\mathbb{R}\setminus\{0\}\) 2. \(x_1=4\), \(x_2=-1\) 3. Werte, die einen ursprünglichen Nenner null machen, sind ausgeschlossen und dürfen nicht in die Lösungsmenge aufgenommen werden.
4141879
Berechne alle Schnittpunkte der Graphen von \(f(x)=x+3\) und \(g(x)=\frac{4}{x}\).

Denkanstöße

- Welche Werte sind wegen des Bruchterms von vornherein ausgeschlossen? - Wie kannst du die Gleichheit der beiden Funktionswerte in eine bruchfreie Gleichung überführen, ohne die Definitionsmenge zu vergessen? - Welche Struktur hat die entstehende Gleichung, und welches Lösungsverfahren passt dazu? - Bestimme zu jedem zulässigen \(x\)-Wert auch den zugehörigen Funktionswert.

Lösung

1. Für gemeinsame Punkte gilt \(x+3=\frac{4}{x}\), mit \(x\neq0\). 2. Auf der Definitionsmenge kann die Gleichung bruchfrei umgeformt werden: \(x(x+3)=4\). 3. Daraus folgt \(x^2+3x-4=0\). 4. Faktorisieren ergibt \((x+4)(x-1)=0\), also \(x=1\) oder \(x=-4\). 5. Einsetzen in \(f\) liefert \(y=4\) bzw. \(y=-1\). 6. Die Schnittpunkte sind \(S_1(1\mid4)\) und \(S_2(-4\mid-1)\).

Antwort

\(S_1(1\mid4)\) und \(S_2(-4\mid-1)\)
4147029
Bestimme die Koordinaten aller gemeinsamen Punkte der Hyperbel \(h\) mit der Gleichung \(y = \frac{12}{x}\) (\(D = \mathbb{R} \setminus \{0\}\)) und der Geraden \(g\) mit der Gleichung \(y = -x + 7\).

Denkanstöße

- Erinnerst du dich, wie man Gleichungen mit einem \(x\) im Nenner löst? - Nachdem du die Brüche aufgelöst hast, welche Art von Gleichung erhältst du? - Vergiss nicht, am Ende für jedes gefundene \(x\) auch den passenden \(y\)-Wert zu bestimmen.

Lösung

1. Gleichsetzen der Terme: \(\frac{12}{x} = -x + 7\) 2. Multiplikation mit \(x\) (da \(x \neq 0\)): \(12 = -x^2 + 7x\) 3. Umstellen zur quadratischen Gleichung in Normalform: \(x^2 - 7x + 12 = 0\) 4. Lösen der Gleichung (z. B. mit der \(pq\)-Formel): \(x_{1,2} = 3{,}5 \pm \sqrt{12{,}25 - 12} = 3{,}5 \pm 0{,}5\). Dies ergibt \(x_1 = 3\) und \(x_2 = 4\). 5. Berechnen der \(y\)-Werte: \(y_1 = -3 + 7 = 4\) und \(y_2 = -4 + 7 = 3\). 6. Die gemeinsamen Punkte sind \(P_1(3 \mid 4)\) und \(P_2(4 \mid 3)\).

Antwort

Die gemeinsamen Punkte sind \(P_1(3 \mid 4)\) und \(P_2(4 \mid 3)\).
4148499
Bestimme die Definitionsmenge \(D\) und löse die Bruchgleichung über der Grundmenge \(\mathbb{R}\): \(\frac{1}{x} + \frac{1}{x-2} = \frac{3}{4}\)

Denkanstöße

- Was ist der Hauptnenner aller Terme in der Gleichung? - Nachdem du die Brüche eliminiert hast, erhältst du eine quadratische Gleichung. Welche Lösungsverfahren kennst du dafür? - Achte darauf, alle Teilschritte beim Auflösen der Klammern sorgfältig durchzuführen.

Lösung

1. Bestimmung der Definitionsmenge: Die Nenner dürfen nicht null sein. \(x \neq 0\) und \(x-2 \neq 0 \Rightarrow x \neq 2\). \(D = \mathbb{R} \setminus \{0; 2\}\). 2. Multiplikation mit dem Hauptnenner \(4x(x-2)\): \(4(x-2) + 4x = 3x(x-2)\). 3. Vereinfachen und Umformen in die Normalform einer quadratischen Gleichung: \(4x - 8 + 4x = 3x^2 - 6x\) \(8x - 8 = 3x^2 - 6x\) \(3x^2 - 14x + 8 = 0\). 4. Lösen der quadratischen Gleichung (z. B. mit der Mitternachtsformel): \(x = \frac{14 \pm \sqrt{(-14)^2 - 4 \cdot 3 \cdot 8}}{2 \cdot 3} = \frac{14 \pm \sqrt{196 - 96}}{6} = \frac{14 \pm \sqrt{100}}{6} = \frac{14 \pm 10}{6}\). \(x_1 = \frac{24}{6} = 4\); \(x_2 = \frac{4}{6} = \frac{2}{3}\). 5. Abgleich mit der Definitionsmenge: Beide Werte liegen in \(D\). Lösungsmenge: \(L = \{ \frac{2}{3}; 4 \}\).

Antwort

\(D = \mathbb{R} \setminus \{0; 2\}\); \(L = \{ \frac{2}{3}; 4 \}\)
4148509
Ermittle die Definitionsmenge \(D\) und die Lösungsmenge \(L\) der folgenden Gleichung: \(\frac{2x}{x-4} - \frac{x+4}{x} = \frac{16}{x^2-4x}\)

Denkanstöße

- Untersuche die Nenner genau. Kannst du einen Nenner faktorisieren, um den Hauptnenner leichter zu finden? - Achte besonders auf das Minuszeichen vor dem zweiten Bruch, wenn du die Klammern auflöst. - Was bedeutet es für die Lösungsmenge, wenn dein berechnetes Ergebnis laut Definitionsmenge ausgeschlossen ist?

Lösung

1. Bestimmung der Definitionsmenge: Die Nenner dürfen nicht null sein. Da \(x^2 - 4x = x(x-4)\) ist, sind die kritischen Werte \(x = 0\) und \(x = 4\). \(D = \mathbb{R} \setminus \{0; 4\}\). 2. Multiplikation der Gleichung mit dem Hauptnenner \(x(x-4)\): \(2x \cdot x - (x+4)(x-4) = 16\). 3. Vereinfachen unter Anwendung der binomischen Formeln: \(2x^2 - (x^2 - 16) = 16\) \(2x^2 - x^2 + 16 = 16\) \(x^2 + 16 = 16\). 4. Lösen der Gleichung: \(x^2 = 0 \Rightarrow x = 0\). 5. Abgleich mit der Definitionsmenge: Da \(0 \notin D\), ist dieser Wert keine gültige Lösung. Die Gleichung besitzt keine Lösung. Lösungsmenge: \(L = \emptyset\).

Antwort

\(D = \mathbb{R} \setminus \{0; 4\}\); \(L = \emptyset\)
4150589
Eine Zahl \(x\) erfüllt die Bedingung, dass sie genau um \(3\) größer ist als ihr Kehrwert. Mathematisch lässt sich dies für \(x \neq 0\) als \(x = 3 + \frac{1}{x}\) schreiben. a) Überführe diese Gleichung in die Normalform einer quadratischen Gleichung \(x^2 + px + q = 0\). b) Bestimme die beiden exakten Lösungen der Gleichung mithilfe einer geeigneten Lösungsformel. c) Begründe kurz, warum die Lösungen irrational sind.

Denkanstöße

- Wie kannst du den Nenner in der ursprünglichen Gleichung eliminieren? - Erinnere dich an die allgemeine Form quadratischer Gleichungen. - Was muss unter der Wurzel stehen, damit das Ergebnis eine rationale Zahl ist?

Lösung

1. Definitionsbedingung: Wegen des Kehrwerts gilt \(x \neq 0\). 2. Multiplikation der Gleichung \(x = 3 + \frac{1}{x}\) mit \(x\) ergibt \(x^2 = 3x + 1\). 3. Umformung in die Normalform führt zu \(x^2 - 3x - 1 = 0\). 4. Anwendung der Lösungsformel ergibt \(x_{1,2} = \frac{3 \pm \sqrt{13}}{2}\). 5. Beide Werte sind ungleich null und damit zulässig. Sie sind irrational, weil \(13\) keine Quadratzahl ist und \(\sqrt{13}\) irrational ist.

Antwort

a) Die Normalform lautet \(x^2 - 3x - 1 = 0\). b) Die exakten Lösungen sind \(x_1 = \frac{3 + \sqrt{13}}{2}\) und \(x_2 = \frac{3 - \sqrt{13}}{2}\). c) Da \(13\) keine Quadratzahl ist, ist \(\sqrt{13}\) eine nicht abbrechende, nicht periodische Dezimalzahl und somit irrational.
4150989
Bestimme die Definitionsmenge \(D\) und die Lösungsmenge \(L\) der folgenden Bruchgleichung: \(\frac{x+2}{x-1}=\frac{x}{2}\)

Denkanstöße

- Welche Zahl darf wegen des Nenners nicht eingesetzt werden? - Wie kannst du die Brüche beseitigen, ohne den ausgeschlossenen Wert aus den Augen zu verlieren? - Prüfe nach dem Lösen jeden gefundenen Wert gegen die Definitionsmenge.

Lösung

1. Der Nenner \(x-1\) darf nicht null sein. Daher ist \(D=\mathbb{R}\setminus\{1\}\). 2. Auf \(D\) kann die Gleichung bruchfrei umgeformt werden: \(2(x+2)=x(x-1)\). 3. Daraus folgt \(x^2-3x-4=0\). 4. Faktorisieren ergibt \((x-4)(x+1)=0\), also \(x=4\) oder \(x=-1\). 5. Beide Werte liegen in \(D\). Somit ist \(L=\{-1;4\}\).

Antwort

\(D=\mathbb{R}\setminus\{1\}\), \(L=\{-1;4\}\)
4150999
Untersuche die folgende Gleichung auf ihre Definitionsmenge \(D\) und bestimme alle Werte für \(x\), welche die Gleichung erfüllen: \(\frac{4}{x-1}-\frac{4}{x+1}=1\)

Denkanstöße

- Welche beiden Werte sind wegen der Nenner ausgeschlossen? - Suche nach einer gemeinsamen Struktur der beiden Nenner, die eine bruchfreie Umformung ermöglicht. - Denke bei einer Gleichung der Form \(x^2=a\) an alle reellen Lösungen. - Kontrolliere die Ergebnisse mit der Definitionsmenge.

Lösung

1. Die Nenner dürfen nicht null werden. Daher ist \(D=\mathbb{R}\setminus\{-1;1\}\). 2. Auf \(D\) kann mit \((x-1)(x+1)\) multipliziert werden. Es folgt \(4(x+1)-4(x-1)=x^2-1\). 3. Zusammenfassen ergibt \(8=x^2-1\), also \(x^2=9\). 4. Daraus folgt \(x=3\) oder \(x=-3\). 5. Beide Werte liegen in \(D\). Somit ist \(L=\{-3;3\}\).

Antwort

\(D=\mathbb{R}\setminus\{-1;1\}\), \(L=\{-3;3\}\)
4152429
Betrachtet werden die Funktionen \(g(x) = \frac{k}{x}\) und \(h(x) = 2x - 5\). a) Bestimme den Wert für \(k\), für den gilt: \(g(2) = h(2)\). b) Berechne für den in Aufgabenteil a) ermittelten Wert von \(k\) alle Schnittpunkte der Graphen von \(g\) und \(h\).

Denkanstöße

- Wie findet man rechnerisch heraus, wo sich zwei Graphen treffen? - Wenn du eine Gleichung mit \(x\) im Nenner hast, wie kannst du diesen Nenner eliminieren? - Welche Art von Gleichung entsteht, wenn du die Terme gleichsetzt und umformst?

Lösung

1. Berechne zunächst den Funktionswert von \(h\) an der Stelle \(x = 2\): \(h(2) = 2 \cdot 2 - 5 = -1\). 2. Setze \(g(2) = h(2)\): \(\frac{k}{2} = -1\). Daraus folgt durch Multiplikation mit 2: \(k = -2\). 3. Um die Schnittpunkte zu finden, setze \(g(x) = h(x)\) mit \(k = -2\): \(-\frac{2}{x} = 2x - 5\). 4. Multipliziere die Gleichung mit \(x\) (wobei \(x \neq 0\)): \(-2 = 2x^2 - 5x\). 5. Bringe die Gleichung in die Normalform einer quadratischen Gleichung: \(2x^2 - 5x + 2 = 0\). 6. Nutze die Lösungsformel: \(x = \frac{-(-5) \pm \sqrt{(-5)^2 - 4 \cdot 2 \cdot 2}}{2 \cdot 2} = \frac{5 \pm \sqrt{25 - 16}}{4} = \frac{5 \pm 3}{4}\). 7. Die Lösungen sind \(x_1 = 2\) und \(x_2 = 0{,}5\). 8. Bestimme die \(y\)-Koordinaten: \(y_1 = h(2) = -1\) und \(y_2 = h(0{,}5) = 2 \cdot 0{,}5 - 5 = -4\). Die Schnittpunkte sind \(S_1(2 \mid -1)\) und \(S_2(0{,}5 \mid -4)\).

Antwort

a) Der Wert ist \(k = -2\). b) Die Schnittpunkte sind \(S_1(2 \mid -1)\) und \(S_2(0{,}5 \mid -4)\).
4154569
Bestimme die Lösungsmenge der Gleichung: \(\frac{3x}{x+2} + \frac{2}{x-2} = \frac{8}{x^2-4}\) Erkläre dabei kurz, warum die Definitionsmenge bei dieser Aufgabe entscheidend ist.

Denkanstöße

- Untersuche die Nenner genau — fällt dir eine Beziehung zwischen ihnen auf? - Es ist oft hilfreich, Nenner zuerst zu faktorisieren. - Was passiert, wenn du am Ende einen Wert für \(x\) erhältst, der ursprünglich im Nenner eine Null erzeugt hätte?

Lösung

1. Definitionsmenge bestimmen: Da \(x^2-4 = (x+2)(x-2)\), sind die kritischen Werte \(x = 2\) und \(x = -2\). Somit ist \(D = \mathbb{R} \setminus \{-2; 2\}\). 2. Multiplikation mit dem Hauptnenner \((x+2)(x-2)\): \(3x(x-2) + 2(x+2) = 8\). 3. Klammern auflösen: \(3x^2 - 6x + 2x + 4 = 8\). 4. Zusammenfassen und in Normalform bringen: \(3x^2 - 4x - 4 = 0\). 5. Lösung mit der Mitternachtsformel: \(x = \frac{4 \pm \sqrt{16 - 4 \cdot 3 \cdot (-4)}}{6} = \frac{4 \pm \sqrt{16 + 48}}{6} = \frac{4 \pm 8}{6}\). 6. Mögliche Werte berechnen: \(x_1 = \frac{12}{6} = 2\) und \(x_2 = \frac{-4}{6} = -\frac{2}{3}\). 7. Abgleich mit der Definitionsmenge: Der Wert \(x = 2\) ist nicht in der Definitionsmenge enthalten, da er einen Nenner null machen würde. 8. Einzige gültige Lösung ist somit \(x = -\frac{2}{3}\).

Antwort

Die einzige Lösung der Gleichung ist \(x = -\frac{2}{3}\). Der rechnerische Wert \(x = 2\) gehört nicht zur Lösungsmenge, da er nicht in der Definitionsmenge liegt.
4155219
Berechne die Lösungsmenge der Gleichung \(\frac{x-2}{x} = \frac{1}{x-2}\) über der Grundmenge \(G = \mathbb{R} \setminus \{0; 2\}\).

Denkanstöße

- Kannst du die Gleichung so umformen, dass keine Brüche mehr vorkommen? - Welche Formel hilft dir, eine Gleichung der Form \(x^2 + px + q = 0\) zu lösen? - Erinnere dich an die binomischen Formeln für den Term \((x-2)^2\). - Sind alle deine berechneten Werte in der Definitionsmenge erlaubt?

Lösung

1. Beseitigung der Nenner durch Multiplikation mit \(x(x-2)\): \((x-2)(x-2) = 1 \cdot x\) 2. Anwendung der zweiten binomischen Formel: \(x^2 - 4x + 4 = x\) 3. Überführung in die Normalform einer quadratischen Gleichung: \(x^2 - 5x + 4 = 0\) 4. Anwendung der \(pq\)-Formel: \(x_{1,2} = \frac{5}{2} \pm \sqrt{\left(\frac{5}{2}\right)^2 - 4} = 2{,}5 \pm \sqrt{6{,}25 - 4} = 2{,}5 \pm 1{,}5\) 5. Bestimmung der Kandidaten: \(x_1 = 4\) und \(x_2 = 1\) 6. Abgleich mit der Definitionsmenge: Beide Werte liegen in \(G\).

Antwort

\(L = \{1; 4\}\)
4155229
Ermittle die Lösungsmenge der Gleichung \(\frac{x}{x-1} - \frac{1}{x+1} = \frac{2}{x^2-1}\) für die Definitionsmenge \(D = \mathbb{R} \setminus \{-1; 1\}\).

Denkanstöße

- Was ist der Hauptnenner aller Brüche in der Gleichung? - Achte besonders auf das Minuszeichen vor dem zweiten Bruch beim Auflösen der Klammern. - Was musst du tun, wenn ein berechneter Wert genau einem der ausgeschlossenen Werte der Definitionsmenge entspricht? - Überprüfe die Lösbarkeit der Gleichung unter Berücksichtigung aller Bedingungen.

Lösung

1. Bestimmung des Hauptnenners: Da \(x^2 - 1 = (x-1)(x+1)\), ist dies der Hauptnenner. 2. Multiplikation der gesamten Gleichung mit \((x-1)(x+1)\): \(x(x+1) - 1(x-1) = 2\) 3. Vereinfachung der Terme: \(x^2 + x - x + 1 = 2\), was sich zu \(x^2 + 1 = 2\) reduziert. 4. Isolierung von \(x\): \(x^2 = 1\), woraus die rechnerischen Lösungen \(x = 1\) und \(x = -1\) folgen. 5. Abgleich mit der Definitionsmenge: Die Werte \(1\) und \(-1\) sind laut Definitionsmenge ausgeschlossen. 6. Schlussfolgerung: Es existiert keine zulässige Lösung.

Antwort

\(L = \emptyset\)
4250979
Bestimme die Lösungsmenge der folgenden Bruchgleichung über der Grundmenge \(\mathbb{R}\): \(\frac{2x}{x-2} + \frac{x}{x+2} = \frac{10}{3}\) Gib dabei zunächst die Definitionsmenge \(D\) an und zeige deine Rechenschritte bis zur quadratischen Normalform.

Denkanstöße

- Welche Werte darf \(x\) nicht annehmen, damit man nicht durch null teilt? - Wie kannst du die Brüche auflösen, indem du die gesamte Gleichung mit einem gemeinsamen Vielfachen der Nenner multiplizierst? - Achte beim Ausmultiplizieren der Klammern besonders auf die Vorzeichen. - Erinnerst du dich an eine Formel, mit der man Gleichungen der Form \(x^2 + px + q = 0\) lösen kann?

Lösung

1. Bestimmung der Definitionsmenge: Die Nenner \(x-2\) und \(x+2\) dürfen nicht null sein, daraus folgt \(D = \mathbb{R} \setminus \{-2; 2\}\). 2. Multiplikation der Gleichung mit dem Hauptnenner \(3(x-2)(x+2)\) bzw. \(3(x^2-4)\). 3. Aufstellen der erweiterten Zähler: \(3[2x(x+2) + x(x-2)] = 10(x^2-4)\). 4. Ausmultiplizieren und Zusammenfassen: \(3(2x^2 + 4x + x^2 - 2x) = 10x^2 - 40 \Rightarrow 3(3x^2 + 2x) = 10x^2 - 40 \Rightarrow 9x^2 + 6x = 10x^2 - 40\). 5. Umformen in die quadratische Normalform: \(x^2 - 6x - 40 = 0\). 6. Lösen der quadratischen Gleichung (z. B. mit der \(p\)-\(q\)-Formel): \(x_{1,2} = 3 \pm \sqrt{9 + 40} = 3 \pm 7\). 7. Ergebnisse: \(x_1 = 10\) und \(x_2 = -4\). Da beide Werte in \(D\) liegen, ist die Lösungsmenge \(L = \{-4; 10\}\).

Antwort

\(D = \mathbb{R} \setminus \{-2; 2\}\); \(L = \{-4; 10\}\)
4250989
Gegeben ist die Gleichung: \(\frac{x+1}{x-1} + \frac{x-2}{x+2} = 3\) a) Erkläre ohne Rechnung, warum der Wert \(x = -2\) keine Lösung der Gleichung sein kann. b) Bestimme die Definitionsmenge \(D\) und berechne alle reellen Lösungen der Gleichung.

Denkanstöße

- Was passiert mit einem Bruch, wenn sein Nenner den Wert null annimmt? - Wie findest du einen gemeinsamen Nenner für die linke Seite der Gleichung? - Nachdem du die Brüche eliminiert hast, solltest du alle Terme auf eine Seite bringen, um eine quadratische Gleichung zu erhalten. - Vergiss am Ende nicht zu prüfen, ob deine berechneten Werte in der Definitionsmenge enthalten sind.

Lösung

1. Zu Teil a): Der Wert \(x = -2\) führt im Nenner des zweiten Bruchs (\(x+2\)) zu null. Da eine Division durch null nicht definiert ist, kann \(-2\) kein Element der Definitionsmenge und somit keine Lösung sein. 2. Zu Teil b): Definitionsmenge bestimmen: Die Nenner werden für \(x=1\) und \(x=-2\) null, also \(D = \mathbb{R} \setminus \{-2; 1\}\). 3. Gleichung mit dem Hauptnenner \((x-1)(x+2)\) multiplizieren: \((x+1)(x+2) + (x-2)(x-1) = 3(x-1)(x+2)\). 4. Ausmultiplizieren der Terme: \((x^2 + 3x + 2) + (x^2 - 3x + 2) = 3(x^2 + x - 2)\). 5. Zusammenfassen der linken Seite: \(2x^2 + 4 = 3x^2 + 3x - 6\). 6. Umformen in die Normalform: \(x^2 + 3x - 10 = 0\). 7. Lösen der quadratischen Gleichung: \(x_{1,2} = -1{,}5 \pm \sqrt{2{,}25 + 10} = -1{,}5 \pm 3{,}5\). 8. Ergebnisse prüfen: \(x_1 = 2\) und \(x_2 = -5\). Beide Werte liegen in \(D\).

Antwort

a) Bei \(x = -2\) wird der Nenner des zweiten Bruchs null, was mathematisch nicht definiert ist. b) \(D = \mathbb{R} \setminus \{-2; 1\}\); \(L = \{-5; 2\}\)
4254879
Gegeben ist das folgende Gleichungssystem: \(\begin{cases} y = \frac{8}{x} \\ 2x + y = 8 \end{cases}\) a) Bestimme die Lösungsmenge des Systems rechnerisch. b) Interpretiere das Ergebnis geometrisch im Hinblick auf die Graphen der beiden Gleichungen (Hyperbel und Gerade). Wie viele Schnittpunkte gibt es und welche besondere Lage nimmt die Gerade zur Hyperbel ein?

Denkanstöße

- Was passiert, wenn du den Ausdruck für \(y\) aus der ersten Gleichung in die zweite einsetzt? - Wie kannst du die entstehende Gleichung so umformen, dass kein Bruchterm mehr vorkommt? - Was sagt die Anzahl der zulässigen Lösungen über die gemeinsamen Punkte der beiden Graphen aus?

Lösung

1. Einsetzen der ersten Gleichung in die zweite: \(2x + \frac{8}{x} = 8\). 2. Multiplikation mit \(x\) unter der Bedingung \(x \neq 0\): \(2x^2 + 8 = 8x\). 3. Umformen: \(2x^2 - 8x + 8 = 0\). 4. Division durch \(2\): \(x^2 - 4x + 4 = 0\). 5. Mit der binomischen Formel folgt \((x-2)^2 = 0\), also \(x=2\). 6. Einsetzen liefert \(y=\frac{8}{2}=4\). Damit ist \(L=\{(2\mid4)\}\). 7. Das System hat genau eine Lösung. Daher haben die Hyperbel und die Gerade genau einen gemeinsamen Punkt; die Gerade berührt die Hyperbel im Punkt \((2\mid4)\).

Antwort

a) \(L=\{(2\mid4)\}\) b) Es gibt genau einen gemeinsamen Punkt \((2\mid4)\); die Gerade ist dort Tangente an die Hyperbel.
4255469
Bestimme die Lösungsmenge \(L\) des Gleichungssystems \(\begin{cases}\frac{3}{x}-\frac{4}{y}=1\\y-x=1\end{cases}\). Eliminiere dazu \(y\) mit der linearen Gleichung und löse anschließend die entstehende Bruchgleichung in \(x\).

Denkanstöße

- Welche Variable kannst du mithilfe der linearen Gleichung ersetzen? - Welche Werte sind wegen der Nenner von vornherein ausgeschlossen? - Wie kannst du eine Bruchgleichung in eine Gleichung ohne Brüche überführen, ohne die Definitionsmenge aus den Augen zu verlieren? - Welche Art von Gleichung entsteht nach dem Zusammenfassen?

Lösung

1. Aus \(y-x=1\) folgt \(y=x+1\). 2. Einsetzen ergibt die Bruchgleichung \(\frac{3}{x}-\frac{4}{x+1}=1\). Damit ist \(D=\mathbb{R}\setminus\{-1;0\}\). 3. Für \(x\in D\) darf mit \(x(x+1)\) multipliziert werden: \(3(x+1)-4x=x(x+1)\). 4. Zusammenfassen führt zu \(x^2+2x-3=0\). 5. Die quadratische Gleichung hat die Lösungen \(x_1=1\) und \(x_2=-3\). Beide liegen in \(D\). 6. Aus \(y=x+1\) folgen \(y_1=2\) und \(y_2=-2\).

Antwort

\(L=\{(1\mid2);(-3\mid-2)\}\)
4256689
Bestimme die Lösungsmenge der folgenden Bruchgleichung in Abhängigkeit vom Parameter \(a \in \mathbb{R} \setminus \{0\}\): \(\frac{x}{x-a} - \frac{2a}{x+a} = \frac{8a^2}{x^2-a^2}\)

Denkanstöße

- Achte auf den Definitionsbereich, insbesondere darauf, welche Werte \(x\) im Nenner nicht annehmen darf. - Wie lautet der Hauptnenner der drei Brüche? - Behandle den Parameter \(a\) beim Umformen wie eine ganz normale Zahl. - Kannst du die Gleichung so umformen, dass sie wie eine einfache quadratische Gleichung aussieht?

Lösung

1. Wegen der Nenner gilt \(x\neq a\) und \(x\neq -a\). 2. Multiplikation mit dem Hauptnenner \((x-a)(x+a)=x^2-a^2\) ergibt \(x(x+a)-2a(x-a)=8a^2\). 3. Ausmultiplizieren und Zusammenfassen ergibt \(x^2-ax-6a^2=0\). 4. Faktorisieren: \(x^2-ax-6a^2=(x-3a)(x+2a)=0\). Daher sind die möglichen Lösungen \(x=3a\) und \(x=-2a\). 5. Da \(a\neq0\), gilt für beide Werte \(x\neq\pm a\). Somit sind beide Lösungen zulässig.

Antwort

\(L = \{-2a; 3a\}\)
4281079
Bestimme die Lösungsmenge der Gleichung \(\frac{x}{k} = \frac{k^2}{x}\) in Abhängigkeit vom Parameter \(k\) (\(k \neq 0\)). Untersuche dabei, für welche Werte von \(k\) reelle Lösungen für \(x\) existieren.

Denkanstöße

- Welche Operation kehrt das Quadrieren um? - Wann ist das Ergebnis einer Potenz mit ungeradem Exponenten (wie \(k^3\)) negativ? - Überlege, ob man aus einer negativen Zahl eine Quadratwurzel ziehen kann. - Was musst du bei der Definitionsmenge für \(x\) beachten?

Lösung

1. Definitionsmenge festlegen: Da \(k\) und \(x\) im Nenner stehen, gilt \(k \neq 0\) und \(x \neq 0\). 2. Gleichung durch kreuzweises Multiplizieren umformen: \(x \cdot x = k \cdot k^2\), woraus \(x^2 = k^3\) folgt. 3. Existenz von Lösungen prüfen: Eine reelle Lösung existiert nur, wenn der Ausdruck \(k^3\) nicht negativ ist (\(x^2 \ge 0\)). Da \(k \neq 0\) vorausgesetzt wurde, muss \(k > 0\) gelten. Für \(k < 0\) ist \(k^3\) negativ, und es gibt keine reellen Lösungen. 4. Nach \(x\) auflösen: Für \(k > 0\) ergibt sich durch Ziehen der Quadratwurzel \(x = \pm \sqrt{k^3}\), was vereinfacht \(x = \pm k\sqrt{k}\) entspricht. Da \(k > 0\), ist \(x \neq 0\) stets erfüllt. 5. Ergebnis: Für \(k > 0\) ist die Lösungsmenge \(L = \{ -k\sqrt{k}; k\sqrt{k} \}\). Für \(k < 0\) ist \(L = \emptyset\).

Antwort

Für \(k > 0\): \(x = \pm k\sqrt{k}\); für \(k < 0\): keine reelle Lösung.
4322779
Gegeben ist die Bruchgleichung \(\frac{-4}{x+2}+1=-x-1\). In der Abbildung sind die Graphen der Funktionen \(f\) mit \(f(x)=\frac{-4}{x+2}+1\) und \(g\) mit \(g(x)=-x-1\) dargestellt. a) Bestimme die Definitionsmenge \(D\) der Bruchgleichung; die Grundmenge ist \(\mathbb{R}\). b) Lies die Schnittpunkte der beiden Graphen aus der Abbildung ab und gib die vermuteten Lösungen der Bruchgleichung an. c) Löse die Bruchgleichung rechnerisch und gib die Lösungsmenge \(L\) an. Überprüfe damit deine Vermutung aus Teilaufgabe b).
Abbildung zur Aufgabe 432277

Denkanstöße

- Für welchen Wert von \(x\) wird der Nenner null? - Welche Bedeutung haben die \(x\)-Koordinaten der Schnittpunkte der Graphen von \(f\) und \(g\)? - Wie kannst du den Bruchterm beseitigen, ohne einen ausgeschlossenen Wert zu übersehen?

Lösung

1. Der Nenner \(x+2\) darf nicht null sein. Daher gilt \(x\neq-2\) und \(D=\mathbb{R}\setminus\{-2\}\). 2. Aus der Grafik liest man \(S_1(-4\mid3)\) und \(S_2(0\mid-1)\) ab. Als Lösungen werden daher \(x=-4\) und \(x=0\) vermutet. 3. Rechnerisch gilt \(\frac{-4}{x+2}+1=-x-1\), also \(\frac{-4}{x+2}=-x-2\). 4. Für \(x\neq-2\) folgt nach Multiplikation mit \(x+2\): \(-4=(-x-2)(x+2)\). 5. Ausmultiplizieren und Umformen ergibt \(x^2+4x=0\), also \(x(x+4)=0\). 6. Damit sind \(x=0\) und \(x=-4\). Beide Werte gehören zu \(D\), also \(L=\{-4;0\}\). Das bestätigt die grafische Vermutung.

Antwort

a) \(D=\mathbb{R}\setminus\{-2\}\) b) \(S_1(-4\mid3)\) und \(S_2(0\mid-1)\); vermutete Lösungen: \(x=-4\) und \(x=0\) c) \(L=\{-4;0\}\); die grafische Vermutung wird bestätigt.
4334549
Betrachte die Bruchgleichung \(\frac{10}{x+2}=x+5\). a) Gib die maximale Definitionsmenge \(D\subseteq\mathbb{R}\) für diese Gleichung an. b) Bestimme die Lösungsmenge \(L\) rechnerisch. c) In der Abbildung sind die Graphen der Funktionen \(f(x)=\frac{10}{x+2}\) und \(g(x)=x+5\) dargestellt. Überprüfe deine Ergebnisse mithilfe der Grafik.
Abbildung zur Aufgabe 433454

Denkanstöße

- Welcher Wert muss ausgeschlossen werden, damit der Bruchterm definiert ist? - Welche äquivalente Gleichung ohne Bruchterm könntest du anstreben? - Welche Bedeutung haben die \(x\)-Koordinaten der Schnittpunkte der mit \(f\) und \(g\) bezeichneten Graphen?

Lösung

1. Der Nenner darf nicht null sein. Aus \(x+2=0\) folgt \(x=-2\). Somit ist \(D=\mathbb{R}\setminus\{-2\}\). 2. Für \(x\neq-2\) wird die Gleichung mit \(x+2\) multipliziert: \(10=(x+5)(x+2)\). 3. Ausmultiplizieren ergibt \(10=x^2+7x+10\), also \(x^2+7x=0\). 4. Es gilt \(x(x+7)=0\). Daher sind \(x=0\) und \(x=-7\). 5. Beide Werte liegen in \(D\), also \(L=\{-7;0\}\). 6. In der Grafik liegen die Schnittpunkte bei \((-7\mid-2)\) und \((0\mid5)\). Ihre \(x\)-Koordinaten bestätigen die berechnete Lösungsmenge.

Antwort

a) \(D=\mathbb{R}\setminus\{-2\}\) b) \(L=\{-7;0\}\) c) Die Schnittpunkte \((-7\mid-2)\) und \((0\mid5)\) bestätigen die Rechnung.
4334589
Im Koordinatensystem sind der Graph der Hyperbel \(f\) mit \(f(x)=\frac{4}{x+2}-1\) und eine Gerade \(g\) dargestellt. Die Punkte \(A\) und \(B\) auf \(g\) sind in der Abbildung markiert. a) Bestimme aus der Abbildung die Funktionsgleichung der Geraden \(g\). b) Berechne die Koordinaten der Schnittpunkte der Hyperbel \(f\) mit der Geraden \(g\).
Abbildung zur Aufgabe 433458

Denkanstöße

- Welche Koordinaten kannst du für die markierten Punkte \(A\) und \(B\) ablesen? - Welche Bedingung erfüllen die Funktionswerte von \(f\) und \(g\) an einem Schnittpunkt? - Welche Einschränkung für \(x\) entsteht durch den Nenner der Hyperbelfunktion?

Lösung

1. Aus der Abbildung liest man \(A(-1\mid0)\) und \(B(1\mid2)\) ab. Die Steigung ist \(m=\frac{2-0}{1-(-1)}=1\). 2. Mit \(A\) folgt \(0=-1+n\), also \(n=1\). Damit lautet die Gerade \(g(x)=x+1\). 3. Für die Schnittpunkte gilt \(\frac{4}{x+2}-1=x+1\) mit \(x\neq-2\). 4. Umformen ergibt \(\frac{4}{x+2}=x+2\) und danach \(4=(x+2)^2\). 5. Daraus folgt \(x+2=\pm2\), also \(x=0\) oder \(x=-4\). Beide Werte sind zulässig. 6. Mit \(g(x)=x+1\) erhält man \(y=1\) beziehungsweise \(y=-3\). Die Schnittpunkte sind \(S_1(0\mid1)\) und \(S_2(-4\mid-3)\).

Antwort

a) \(g(x)=x+1\) b) \(S_1(0\mid1)\) und \(S_2(-4\mid-3)\)
5534639
Jonas löst die Bruchgleichung \(\frac{x}{x}=x-1\) über \(\mathbb{R}\). Er multipliziert mit \(x\), erhält \(x^2-2x=0\) und schreibt \(L=\{0;2\}\). Prüfe seine Lösung. Erkläre den Fehler und gib die richtige Definitions- und Lösungsmenge an.

Denkanstöße

- Welche Definitionsbedingung gilt schon vor dem ersten Umformungsschritt? - Sind alle Lösungen einer nach dem Nennerbeseitigen entstandenen Gleichung automatisch Lösungen der Ausgangsgleichung? - Welche der beiden Kandidaten kannst du direkt in der ursprünglichen Bruchgleichung überprüfen?

Lösung

1. Im Nenner steht \(x\). Deshalb gilt \(x\neq0\) und \(D=\mathbb{R}\setminus\{0\}\). 2. Für \(x\in D\) ist die Multiplikation mit \(x\) zulässig. Aus \(x=x(x-1)\) folgt \(x^2-2x=0\). 3. Die quadratische Gleichung hat die Kandidaten \(x=0\) und \(x=2\). 4. Der Wert \(x=0\) gehört jedoch nicht zu \(D\) und ist deshalb keine Lösung der Ausgangsgleichung. 5. Für \(x=2\) gilt \(\frac{2}{2}=2-1\). Somit ist \(L=\{2\}\).

Antwort

Jonas hat den ausgeschlossenen Wert \(x=0\) als Lösung übernommen. Richtig ist \(D=\mathbb{R}\setminus\{0\}\) und \(L=\{2\}\).
4251219
Gegeben ist die Bruchgleichung mit einem Parameter \(a \in \mathbb{R} \setminus \{0\}\): \(\frac{x+a}{x-a} + \frac{x-a}{x+a} = \frac{26}{5}\) a) Bestimme die Definitionsmenge der Gleichung in Abhängigkeit von \(a\). b) Berechne die Lösungen für \(x\) in Abhängigkeit von \(a\). c) Bestimme den Wert des Parameters \(a\), für den \(x = 3\) eine Lösung der Gleichung ist.

Denkanstöße

- Was muss für die Nenner einer Bruchgleichung immer gelten? - Wie kannst du die Brüche eliminieren, um eine rein algebraische Gleichung zu erhalten? - Erinnerst du dich an die erste und zweite binomische Formel? - Prüfe am Ende, ob deine berechneten Werte für \(x\) laut Definitionsmenge erlaubt sind.

Lösung

1. Bestimmung der Definitionsmenge: Da die Nenner nicht Null sein dürfen, gilt \(x - a \neq 0\) und \(x + a \neq 0\), woraus \(D = \mathbb{R} \setminus \{a; -a\}\) folgt. 2. Multiplikation mit dem Hauptnenner \(5(x-a)(x+a)\) führt zu: \(5(x+a)^2 + 5(x-a)^2 = 26(x^2-a^2)\). 3. Anwendung der binomischen Formeln und Zusammenfassen: \(5(x^2 + 2ax + a^2 + x^2 - 2ax + a^2) = 26x^2 - 26a^2\). 4. Vereinfachung: \(10x^2 + 10a^2 = 26x^2 - 26a^2 \Rightarrow 36a^2 = 16x^2\). 5. Auflösen nach \(x\): \(x^2 = \frac{36}{16}a^2 = \frac{9}{4}a^2\). Dies ergibt die Lösungen \(x_1 = 1{,}5a\) und \(x_2 = -1{,}5a\). Da \(a \neq 0\), sind diese Lösungen stets ungleich \(a\) oder \(-a\) und somit zulässig. 6. Bestimmung von \(a\) für \(x=3\): Aus \(1{,}5a = 3\) folgt \(a = 2\). Aus \(-1{,}5a = 3\) folgt \(a = -2\). Da in der Aufgabe \(x=3\) als eine Lösung (nicht die einzige) gefordert ist, ist \(a=2\) oder \(a=-2\) die Antwort.

Antwort

a) \(D = \mathbb{R} \setminus \{a; -a\}\) b) \(x_1 = 1{,}5a; x_2 = -1{,}5a\) c) \(a = 2\) oder \(a = -2\)
4251229
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.
4281089
Gegeben ist die Gleichung \(\frac{x}{a+5} = \frac{a-5}{x}\) mit dem Parameter \(a \neq -5\). a) Löse die Gleichung nach \(x\) auf. b) Bestimme alle Werte für \(a\), für die die Gleichung keine reellen Lösungen besitzt. Begründe deine Antwort.

Denkanstöße

- Welche Einschränkungen folgen aus den beiden Nennern? - Erkennst du nach dem Kreuzmultiplizieren die dritte binomische Formel? - Unterscheide die Fälle, in denen der Radikand positiv, negativ oder null ist. - Was bedeutet der Fall \(x=0\) für die ursprüngliche Bruchgleichung?

Lösung

1. Definitionsbedingungen: Wegen der Nenner gilt \(a \neq -5\) und \(x \neq 0\). 2. Kreuzmultiplikation ergibt \(x^2=(a+5)(a-5)=a^2-25\). 3. Für \(a^2-25>0\), also \(a<-5\) oder \(a>5\), entstehen die beiden von null verschiedenen reellen Lösungen \(x=\pm\sqrt{a^2-25}\). 4. Für \(-5<a<5\) ist \(a^2-25<0\); daher gibt es keine reelle Lösung. 5. Für \(a=5\) wäre die einzige rechnerische Möglichkeit \(x=0\), doch dieser Wert ist wegen des Nenners ausgeschlossen. 6. Der Wert \(a=-5\) gehört bereits nicht zum Parameterbereich der Aufgabe.

Antwort

a) Für \(a<-5\) oder \(a>5\) gilt \(L=\left\{-\sqrt{a^2-25}; \sqrt{a^2-25}\right\}\). Für \(-5<a\leq5\) gilt \(L=\emptyset\). Der Parameterwert \(a=-5\) ist nicht zugelassen. b) Innerhalb des vorgegebenen Parameterbereichs besitzt die Gleichung für \(-5<a\leq5\) keine reelle Lösung.
4322829
Gegeben sind eine verschobene Hyperbel \(f\) mit der Funktionsgleichung \(f(x) = \frac{2}{x - b} + c\) und eine Gerade \(g\). In der Abbildung siehst du die Graphen der beiden Funktionen sowie die Asymptoten der Hyperbel (gestrichelt eingezeichnet). a) Ermittle anhand der Asymptoten die Werte für \(b\) und \(c\) und gib den vollständigen Funktionsterm von \(f\) an. b) Bestimme die Funktionsgleichung der Geraden \(g\) in der Form \(g(x) = mx + n\). c) Berechne die Koordinaten der Schnittpunkte der beiden Graphen durch Lösen einer quadratischen Bruchgleichung.
Abbildung zur Aufgabe 432282

Denkanstöße

- Schaue dir zuerst die gestrichelten Linien im Koordinatensystem an. Welche Bedeutung haben sie für eine Hyperbel? - Wie hängt die Definitionslücke einer Funktion mit dem Term \(\frac{2}{x-b}\) mit der senkrechten Asymptote zusammen? - Um die Geradengleichung zu bestimmen, kannst du zwei Punkte auf der Geraden ablesen und damit die Steigung \(m\) und den \(y\)-Achsenabschnitt \(n\) ermitteln. - Setze die beiden Funktionsterme gleich, um die Schnittpunkte zu berechnen. Wie kannst du den Nenner der Bruchgleichung beseitigen? - Nach dem Multiplizieren mit dem Nenner erhältst du eine quadratische Gleichung. Bringe sie in die Normalform, um sie mit einer dir bekannten Formel zu lösen.

Lösung

1. **Bestimmung der Hyperbelparameter**: Die senkrechte Asymptote liegt bei \(x = 2\), woraus \(b = 2\) folgt (Definitionslücke). Die waagerechte Asymptote liegt bei \(y = 1\), woraus \(c = 1\) folgt. Der Funktionsterm ist \(f(x) = \frac{2}{x-2} + 1\). 2. **Bestimmung der Geradengleichung**: Aus den zwei abgelesenen Punkten \((0 \mid -2)\) und \((2 \mid 0)\) ergibt sich der \(y\)-Achsenabschnitt \(n = -2\) und die Steigung \(m = 1\). Die Geradengleichung ist \(g(x) = x - 2\). 3. **Berechnung der Schnittpunkte**: Gleichsetzen der Terme liefert die quadratische Bruchgleichung \(\frac{2}{x-2} + 1 = x - 2\). Durch Umformen entsteht: \(\frac{2}{x-2} = x - 3 \implies 2 = (x-3)(x-2) \implies x^2 - 5x + 4 = 0\). Die Lösungen dieser quadratischen Gleichung sind \(x_1 = 1\) und \(x_2 = 4\). Einsetzen in \(g(x)\) ergibt die \(y\)-Koordinaten: \(y_1 = 1 - 2 = -1 \implies S_1(1 \mid -1)\) \(y_2 = 4 - 2 = 2 \implies S_2(4 \mid 2)\).

Antwort

a) \(f(x) = \frac{2}{x-2} + 1\) (mit \(b = 2\) und \(c = 1\)) b) \(g(x) = x - 2\) c) Die Schnittpunkte sind \(S_1(1 \mid -1)\) und \(S_2(4 \mid 2)\).
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Bestimme die Lösungsmenge der Gleichung \(\frac{a}{x-b} + \frac{b}{x-a} = 2\) in Abhängigkeit von den Parametern \(a, b \in \mathbb{R} \setminus \{0\}\). Gib dabei die notwendigen Einschränkungen für die Variable \(x\) an und untersuche, ob die Anzahl der Lösungen von den Werten der Parameter abhängt.

Denkanstöße

- Welche Werte darf \(x\) wegen der Nenner nicht annehmen? - Multipliziere mit dem Hauptnenner und fasse die entstehende quadratische Gleichung zusammen. - Lässt sich die quadratische Gleichung faktorisieren? - Prüfe anschließend getrennt, wann eine mögliche Lösung ausgeschlossen ist und wann beide möglichen Lösungen zusammenfallen.

Lösung

1. Wegen der Nenner gilt \(x\neq a\) und \(x\neq b\). 2. Multiplikation mit \((x-a)(x-b)\) ergibt \(a(x-a)+b(x-b)=2(x-a)(x-b)\). 3. Ausmultiplizieren und Zusammenfassen führt zu \(2x^2-3(a+b)x+(a+b)^2=0\). 4. Faktorisieren: \(2x^2-3(a+b)x+(a+b)^2=\bigl(2x-(a+b)\bigr)\bigl(x-(a+b)\bigr)\). Die möglichen Lösungen sind daher \(x_1=a+b\) und \(x_2=\frac{a+b}{2}\). 5. \(x_1=a+b\) ist wegen \(a\neq0\) und \(b\neq0\) niemals gleich \(a\) oder \(b\), also stets zulässig. 6. Für \(x_2\) gilt \(x_2=a\) oder \(x_2=b\) genau dann, wenn \(a=b\). In diesem Fall ist \(x_2\) ausgeschlossen und nur \(x_1=2a\) zulässig. 7. Sind \(a\neq b\) und \(a+b=0\), so fallen \(x_1\) und \(x_2\) beide mit \(0\) zusammen; es gibt genau eine Lösung. 8. Sind \(a\neq b\) und \(a+b\neq0\), sind \(x_1\) und \(x_2\) zwei verschiedene zulässige Lösungen.

Antwort

Für \(a,b\in\mathbb{R}\setminus\{0\}\) gilt: - Falls \(a=b\), ist \(L=\{2a\}\). - Falls \(a\neq b\) und \(a+b=0\), ist \(L=\{0\}\). - Falls \(a\neq b\) und \(a+b\neq0\), ist \(L=\left\{a+b;\frac{a+b}{2}\right\}\).

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