Aimathic
Login | English | Deutsch

Kostenlose Arbeitsblätter

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

Wurzeln und ihre Eigenschaften

Klicken Sie auf Aufgaben, um sie zum Drucken auszuwählen.

5533949
Welche Zahl ist \(\sqrt[5]{32}\)?

Denkanstöße

- Welche Bedeutung hat eine fünfte Wurzel? - Welche kleine natürliche Zahl ergibt bei der fünften Potenz \(32\)?

Lösung

1. Gesucht ist die Zahl, deren fünfte Potenz \(32\) ergibt. Da \(2^5=32\), gilt \(\sqrt[5]{32}=2\).

Antwort

\(2\)
5534079
Entscheide, ob \(\sqrt[4]{-16}\) als reelle Zahl definiert ist.

Denkanstöße

- Ist der Wurzelexponent \(4\) gerade oder ungerade? - Welche Vorzeichen dürfen reelle Radikanden bei einer geraden Wurzel haben?

Lösung

1. Der Wurzelexponent \(4\) ist gerade. 2. Eine gerade Wurzel aus einer negativen Zahl ist in \(\mathbb{R}\) nicht definiert. Daher ist \(\sqrt[4]{-16}\) keine reelle Zahl.

Antwort

\(\sqrt[4]{-16}\) ist in \(\mathbb{R}\) nicht definiert.
4101619
Nutze die für \(n\in\mathbb{Z}\) gültige Eigenschaft \(\sqrt{10^{2n}}=10^n\), um die Quadratwurzeln der folgenden Zahlen ohne Taschenrechner zu bestimmen. Wandle die Zahlen dazu zuerst in Zehnerpotenzen um: a) \(100\,000\,000\) b) \(0{,}000001\) c) \(\frac{10^3}{10^7}\)

Denkanstöße

- Schreibe jede Ausgangszahl zunächst als Potenz von \(10\). - Überlege, welche positive Zehnerpotenz beim Quadrieren die jeweilige Ausgangspotenz ergibt. - Bei Zahlen zwischen \(0\) und \(1\) helfen negative ganzzahlige Exponenten. - Prüfe dein Ergebnis jeweils durch Quadrieren.

Lösung

1. Für jedes \(n\in\mathbb{Z}\) gilt \((10^n)^2=10^{2n}\). Da \(10^n>0\), ist nach der Definition der Quadratwurzel \(\sqrt{10^{2n}}=10^n\). 2. Es ist \(100\,000\,000=10^8\). Daher \(\sqrt{10^8}=10^4=10\,000\). 3. Es ist \(0{,}000001=10^{-6}\). Daher \(\sqrt{10^{-6}}=10^{-3}=0{,}001\). 4. Es ist \(\frac{10^3}{10^7}=10^{-4}\). Daher \(\sqrt{10^{-4}}=10^{-2}=0{,}01\).

Antwort

a) \(10\,000\) b) \(0{,}001\) c) \(0{,}01\)
4101629
Begründe die Gültigkeit der Gleichung \(\sqrt{5^{2k}}=5^k\) für \(k\in\mathbb{Z}\) mithilfe der Potenzgesetze. Berechne anschließend die exakten Werte von \(\sqrt{5^6}\), \(\sqrt{5^{-4}}\) und \(\sqrt{\frac{1}{5^2}}\).

Denkanstöße

- Suche für die allgemeine Aussage eine positive Zahl, deren Quadrat \(5^{2k}\) ist. - Nutze bei negativen Exponenten die Kehrwertbedeutung. - Forme den letzten Radikanden zunächst als Potenz von \(5\) um.

Lösung

1. Es gilt \((5^k)^2=5^{2k}\). Da \(5^k>0\) für jedes \(k\in\mathbb{Z}\) ist, folgt aus der Definition der Quadratwurzel \(\sqrt{5^{2k}}=5^k\). 2. Für \(\sqrt{5^6}\) gilt \(2k=6\), also \(k=3\). Damit ist der Wert \(5^3=125\). 3. Für \(\sqrt{5^{-4}}\) gilt \(2k=-4\), also \(k=-2\). Damit ist der Wert \(5^{-2}=\frac1{25}\). 4. Es ist \(\frac1{5^2}=5^{-2}\). Daher gilt \(2k=-2\), also \(k=-1\), und \(\sqrt{\frac1{5^2}}=5^{-1}=\frac15\).

Antwort

Begründung: \((5^k)^2=5^{2k}\) und \(5^k>0\), daher \(\sqrt{5^{2k}}=5^k\). \(\sqrt{5^6}=125\) \(\sqrt{5^{-4}}=\frac1{25}\) \(\sqrt{\frac1{5^2}}=\frac15\)
4148939
Schreibe die folgenden Gleichungen in die jeweils andere Form um. Wenn die Gleichung in Potenzschreibweise gegeben ist, verwende die Wurzelschreibweise, und umgekehrt. Beispiel: \(5^3=125\Rightarrow\sqrt[3]{125}=5\) a) \(13^2=169\) b) \(\sqrt[3]{216}=6\) c) \(0{,}2^5=0{,}00032\) d) \(\sqrt[4]{\frac{16}{81}}=\frac23\)

Denkanstöße

- Identifiziere in jeder Gleichung die Zahl, die potenziert beziehungsweise als Wurzelwert verwendet wird. - Achte darauf, welche natürliche Zahl den Zusammenhang zwischen Potenz und Wurzel bestimmt. - Vergleiche deine Umformung mit dem gegebenen Beispiel, ohne die konkreten Zahlen daraus zu übernehmen.

Lösung

1. Aus \(13^2=169\) wird \(\sqrt{169}=13\). 2. Aus \(\sqrt[3]{216}=6\) wird \(6^3=216\). 3. Aus \(0{,}2^5=0{,}00032\) wird \(\sqrt[5]{0{,}00032}=0{,}2\). 4. Aus \(\sqrt[4]{\frac{16}{81}}=\frac23\) wird \(\left(\frac23\right)^4=\frac{16}{81}\).

Antwort

a) \(\sqrt{169}=13\) b) \(6^3=216\) c) \(\sqrt[5]{0{,}00032}=0{,}2\) d) \(\left(\frac23\right)^4=\frac{16}{81}\)
4148999
Ordne die folgenden Terme nach ihrem Wert, beginnend mit dem kleinsten. Berechne dazu die Werte ohne Taschenrechner. \(a = \sqrt[4]{81}\) \(b = 32^{0{,}4}\) \(c = \sqrt{2} \cdot \sqrt{18}\) \(d = 16^{0{,}25}\) \(e = \sqrt[7]{0}\)

Denkanstöße

- Wandle Dezimalzahlen im Exponenten zuerst in Brüche um. - Erinnere dich an die Definition von Potenzen mit rationalen Exponenten: \(x^{m/n} = \sqrt[n]{x^m}\). - Prüfe, ob du die Radikanden als Potenzen kleinerer Basen (wie 2 oder 3) schreiben kannst. - Fasse Produkte von Wurzeln mit gleichem Wurzelexponenten unter einer Wurzel zusammen.

Lösung

1. Berechnung von \(e\): Die \(n\)-te Wurzel aus \(0\) ist immer \(0\), also \(e = 0\). 2. Berechnung von \(d\): Der Exponent \(0{,}25\) entspricht dem Bruch \(\frac{1}{4}\). Somit ist \(d = \sqrt[4]{16} = 2\), da \(2^4 = 16\). 3. Berechnung von \(a\): Da \(3^4 = 81\), ist \(a = \sqrt[4]{81} = 3\). 4. Berechnung von \(b\): Der Exponent \(0{,}4\) entspricht \(\frac{2}{5}\). Es gilt \(b = (32)^{2/5} = (\sqrt[5]{32})^2 = 2^2 = 4\). 5. Berechnung von \(c\): Nach den Wurzelgesetzen gilt \(c = \sqrt{2 \cdot 18} = \sqrt{36} = 6\). 6. Vergleich der Ergebnisse: \(0 < 2 < 3 < 4 < 6\). Die Reihenfolge ist \(e, d, a, b, c\).

Antwort

Die aufsteigende Reihenfolge ist \(e, d, a, b, c\) mit den Werten \(0 < 2 < 3 < 4 < 6\).
4149059
Untersuche ohne Taschenrechner, ob die folgenden Aussagen wahr oder falsch sind. Begründe deine Entscheidung jeweils durch eine entsprechende Potenzrechnung oder eine kurze Überlegung zum Vorzeichen. 1. \(\sqrt[3]{-0{,}125} = -0{,}5\) 2. \(\sqrt{0{,}0064} = 0{,}08\) 3. \(\sqrt[4]{625} = 25\) 4. \(\sqrt{(-9)^2} = -9\) 5. \(\sqrt[5]{-32} = -2\)

Denkanstöße

- Was passiert mit dem Vorzeichen, wenn man eine negative Zahl mit einem ungeraden Exponenten potenziert? - Wie verändert sich die Anzahl der Nachkommastellen beim Quadrieren oder Kubieren einer Dezimalzahl? - Kann das Ergebnis einer Quadratwurzel (oder einer anderen Wurzel mit geradem Exponenten) eine negative Zahl sein? - Versuche, die Umkehroperation der Wurzelbildung anzuwenden, um die Richtigkeit zu prüfen.

Lösung

1. Überprüfung durch Potenzieren: \((-0{,}5)^3 = (-0{,}5) \cdot (-0{,}5) \cdot (-0{,}5) = 0{,}25 \cdot (-0{,}5) = -0{,}125\). Die Aussage ist wahr. 2. Überprüfung durch Quadrieren: \(0{,}08^2 = 0{,}08 \cdot 0{,}08 = 0{,}0064\). Die Aussage ist wahr. 3. Überprüfung durch Potenzieren: \(25^4 = (25^2)^2 = 625^2 = 390\,625\). Da \(390\,625 \neq 625\), ist die Aussage falsch. Korrekt wäre \(\sqrt[4]{625} = 5\). 4. Da das Ergebnis einer Quadratwurzel nach Definition niemals negativ ist, gilt \(\sqrt{(-9)^2} = \sqrt{81} = 9\). Die Aussage ist falsch. 5. Überprüfung durch Potenzieren: \((-2)^5 = (-2) \cdot (-2) \cdot (-2) \cdot (-2) \cdot (-2) = -32\). Die Aussage ist wahr.

Antwort

Die Aussagen 1, 2 und 5 sind wahr. Die Aussagen 3 und 4 sind falsch.
4149079
Gegeben sind die folgenden fünf Terme: \(a = \sqrt[3]{-8}\) \(b = \sqrt{0{,}25}\) \(c = -\sqrt[4]{81}\) \(d = \sqrt{(-3)^2}\) \(e = \sqrt[5]{32}\) Ordne diese Terme nach ihrem Wert, beginnend mit dem kleinsten.

Denkanstöße

- Berechne zuerst den Zahlenwert für jeden Term einzeln. - Achte besonders auf das Minuszeichen: Steht es innerhalb oder außerhalb der Wurzel? - Erinnere dich daran, wie man Potenzen mit negativer Basis berechnet. - Was bewirkt das Quadrat unter einer Wurzel bei einer negativen Zahl?

Lösung

1. Berechnung von \(a\): \(\sqrt[3]{-8} = -2\), da \((-2)^3 = -8\). 2. Berechnung von \(b\): \(\sqrt{0{,}25} = 0{,}5\), da \(0{,}5^2 = 0{,}25\). 3. Berechnung von \(c\): \(\sqrt[4]{81} = 3\), da \(3^4 = 81\). Somit ist \(c = -3\). 4. Berechnung von \(d\): \(\sqrt{(-3)^2} = \sqrt{9} = 3\). 5. Berechnung von \(e\): \(\sqrt[5]{32} = 2\), da \(2^5 = 32\). 6. Vergleich der Werte: \(-3 < -2 < 0{,}5 < 2 < 3\). 7. Zuordnung der Terme: \(c < a < b < e < d\).

Antwort

Die richtige Reihenfolge lautet: \(c < a < b < e < d\) (bzw. \(-3 < -2 < 0{,}5 < 2 < 3\)).
4149239
Berechne die folgenden Wurzelwerte ohne Verwendung eines Taschenrechners: a) \(\sqrt[3]{216}\) b) \(\sqrt[4]{0{,}0625}\) c) \(\sqrt[5]{32^{-1}}\) d) \(\sqrt[3]{\frac{27}{1000}}\)

Denkanstöße

- Überlege dir, welche kleine ganze Zahl mit sich selbst multipliziert den Wert unter der Wurzel ergibt. - Achte bei Dezimalzahlen auf die Anzahl der Nachkommastellen im Vergleich zum Wurzelexponenten. - Kannst du den Radikanden als Potenz einer anderen Zahl schreiben? - Bei Brüchen hilft es oft, Zähler und Nenner getrennt zu betrachten.

Lösung

1. Bestimmung der dritten Wurzel von \(216\): Da \(6^3 = 216\), gilt \(\sqrt[3]{216} = 6\). 2. Berechnung der vierten Wurzel von \(0{,}0625\): Da \(5^4 = 625\) und die Zahl vier Nachkommastellen hat, ergibt sich \((0{,}5)^4 = 0{,}0625\), also \(\sqrt[4]{0{,}0625} = 0{,}5\). 3. Vereinfachung des Radikanden: \(32^{-1} = (2^5)^{-1} = (2^{-1})^5 = (0{,}5)^5\). Somit ist \(\sqrt[5]{32^{-1}} = 0{,}5\). 4. Anwendung der Wurzelgesetze auf den Bruch: \(\frac{\sqrt[3]{27}}{\sqrt[3]{1000}} = \frac{3}{10} = 0{,}3\).

Antwort

a) \(6\) b) \(0{,}5\) c) \(0{,}5\) d) \(0{,}3\)
4154099
Berechne den Wert des folgenden Ausdrucks: \(\sqrt{1{,}44} + \sqrt[3]{0{,}008} - \sqrt[4]{0{,}0001}\)

Denkanstöße

- Kannst du die Dezimalzahlen in Brüche umschreiben, um die Wurzeln leichter zu erkennen? - Überlege, welche Zahl mit sich selbst multipliziert die Zahl unter der Wurzel ergibt. - Achte auf die Anzahl der Nachkommastellen beim Potenzieren von Dezimalzahlen.

Lösung

1. Berechnung der Quadratwurzel: \(\sqrt{1{,}44} = \sqrt{1{,}2^2} = 1{,}2\) 2. Berechnung der Kubikwurzel: \(\sqrt[3]{0{,}008} = \sqrt[3]{0{,}2^3} = 0{,}2\) 3. Berechnung der vierten Wurzel: \(\sqrt[4]{0{,}0001} = \sqrt[4]{0{,}1^4} = 0{,}1\) 4. Zusammenführung der Ergebnisse: \(1{,}2 + 0{,}2 - 0{,}1 = 1{,}3\)

Antwort

\(1{,}3\)
4246259
Berechne die Werte der folgenden Terme und ordne die Ergebnisse anschließend der Größe nach, beginnend mit dem kleinsten Wert: a) \(\sqrt[3]{-0{,}125}\) b) \(\sqrt[5]{243}\) c) \(\sqrt[3]{-\frac{27}{64}}\) d) \(\sqrt[4]{0{,}0001}\)

Denkanstöße

- Überlege dir für jeden Term, welche Zahl mit dem entsprechenden Exponenten potenziert den Wert unter der Wurzel ergibt. - Achte bei negativen Vorzeichen darauf, ob der Wurzelexponent (die kleine Zahl an der Wurzel) gerade oder ungerade ist. - Wandle Brüche gegebenenfalls in Dezimalzahlen um, um sie besser vergleichen zu können.

Lösung

1. Berechnung der einzelnen Werte: a) \(\sqrt[3]{-0{,}125} = -0{,}5\), da \((-0{,}5)^3 = -0{,}125\) b) \(\sqrt[5]{243} = 3\), da \(3^5 = 243\) c) \(\sqrt[3]{-\frac{27}{64}} = -\frac{3}{4} = -0{,}75\), da \(\left(-\frac{3}{4}\right)^3 = -\frac{27}{64}\) d) \(\sqrt[4]{0{,}0001} = 0{,}1\), da \(0{,}1^4 = 0{,}0001\) 2. Vergleich der Werte: \(-0{,}75 < -0{,}5 < 0{,}1 < 3\) 3. Zuordnung der Terme: \(c < a < d < b\)

Antwort

a) \(-0{,}5\) b) \(3\) c) \(-0{,}75\) d) \(0{,}1\) Reihenfolge: \(\sqrt[3]{-\frac{27}{64}} < \sqrt[3]{-0{,}125} < \sqrt[4]{0{,}0001} < \sqrt[5]{243}\).
4246379
Berechne die Werte der folgenden Terme ohne Taschenrechner: 1) \(\sqrt[3]{0{,}001}\) 2) \((\sqrt[4]{16})^3\) 3) \(\sqrt{\frac{25}{144}}\) 4) \(\sqrt[4]{625}\)

Denkanstöße

- Suche bei jedem Radikanden nach einer passenden Potenz einer einfachen Zahl. - Rechne in Teil 2 zuerst die Wurzel und anschließend die äußere Potenz aus. - Bei einem positiven Bruch kannst du Zähler und Nenner getrennt betrachten, wenn beide passende Wurzelwerte besitzen. - Kontrolliere deine Ergebnisse durch die jeweils passende Potenzprobe.

Lösung

1. Da \(0{,}1^3=0{,}001\), gilt \(\sqrt[3]{0{,}001}=0{,}1\). 2. Weil \(2^4=16\), ist \(\sqrt[4]{16}=2\). Daher gilt \((\sqrt[4]{16})^3=2^3=8\). 3. Es gilt \(\sqrt{\frac{25}{144}}=\frac{\sqrt{25}}{\sqrt{144}}=\frac5{12}\). 4. Weil \(5^4=625\), gilt \(\sqrt[4]{625}=5\).

Antwort

1) \(0{,}1\) 2) \(8\) 3) \(\frac5{12}\) 4) \(5\)
4246389
Überprüfe die folgenden mathematischen Aussagen. Kennzeichne jede Aussage als „wahr“ oder „falsch“ und korrigiere fehlerhafte Ergebnisse. a) \(\sqrt[3]{8}\cdot\sqrt[3]{27}=\sqrt[3]{216}\) b) \(\sqrt{100}-\sqrt[3]{64}=2\) c) \(\sqrt{\sqrt{16}}=2\) d) \(\sqrt[4]{0{,}0001}=0{,}01\)

Denkanstöße

- Berechne bei jeder Aussage beide Seiten unabhängig voneinander. - Bei Wurzeln mit gleichem Index kannst du prüfen, ob das Produktgesetz sinnvoll eingesetzt werden kann. - Arbeite bei geschachtelten Wurzeln von innen nach außen. - Nutze bei Dezimalzahlen eine Potenzprobe, um den Wurzelwert zu kontrollieren.

Lösung

1. In a) gilt links \(2\cdot3=6\) und rechts \(\sqrt[3]{216}=6\). Die Aussage ist wahr. 2. In b) ist \(\sqrt{100}=10\) und \(\sqrt[3]{64}=4\). Die Differenz ist \(6\), nicht \(2\). Die Aussage ist falsch. 3. In c) ist \(\sqrt{16}=4\) und anschließend \(\sqrt4=2\). Die Aussage ist wahr. 4. In d) gilt \(0{,}1^4=0{,}0001\). Daher ist \(\sqrt[4]{0{,}0001}=0{,}1\). Die Aussage ist falsch.

Antwort

a) wahr b) falsch; korrekt ist \(6\) c) wahr d) falsch; korrekt ist \(0{,}1\)
4246419
Ein würfelförmiger Wassertank hat ein Fassungsvermögen von \(216\,\text{L}\). a) Bestimme die Kantenlänge \(a\) des Tanks in Dezimetern. (Hinweis: \(1\,\text{L} = 1\,\text{dm}^3\)) b) Ein größerer Tank, ebenfalls in Würfelform, hat ein Volumen von \(1728\,\text{L}\). Berechne seine Kantenlänge. c) Bestimme das Verhältnis der Kantenlänge des großen Tanks zu der des kleinen Tanks. Erkläre den Zusammenhang zum Volumenfaktor mithilfe der dritten Wurzel.

Denkanstöße

- Wie hängen das Volumen eines Würfels und seine Kantenlänge mathematisch zusammen? - Welche Rechenoperation kehrt das Potenzieren mit drei um? - Wenn du das Volumen eines Körpers kennst, wie kommst du auf die Maße seiner Seiten? - Überlege, wie sich die Seite verändert, wenn sich das gesamte Volumen verachtfacht.

Lösung

1. Berechnung der Kantenlänge \(a\) für \(V_1 = 216\,\text{dm}^3\): \(a = \sqrt[3]{216} = 6\,\text{dm}\). 2. Berechnung der Kantenlänge \(a_2\) für \(V_2 = 1728\,\text{dm}^3\): \(a_2 = \sqrt[3]{1728} = 12\,\text{dm}\). 3. Bestimmung des Verhältnisses der Kantenlängen: \(a_2 {:} a = 12 {:} 6 = 2\). 4. Erklärung des Zusammenhangs: Da das Volumen um den Faktor \(8\) größer ist (\(1728 {:} 216 = 8\)), vergrößert sich die Kantenlänge um den Faktor \(\sqrt[3]{8} = 2\).

Antwort

a) \(6\,\text{dm}\) b) \(12\,\text{dm}\) c) Das Verhältnis ist \(2\). Da das Volumen achtmal so groß ist, ist die Kantenlänge \(\sqrt[3]{8} = 2\)-mal so groß.
4246519
Welche der folgenden Terme haben in der Menge der reellen Zahlen \(\mathbb{R}\) einen Wert? Begründe deine Entscheidung kurz. 1) \(\sqrt[4]{-81}\) 2) \(\sqrt[5]{-32}\) 3) \(\sqrt[6]{(-2)^6}\) 4) \(\sqrt[3]{0{,}008}\) 5) \(\sqrt[10]{-1}\)

Denkanstöße

- Unterscheide zwischen geraden und ungeraden Wurzelexponenten. - Was passiert, wenn du eine negative Zahl mit sich selbst multiplizierst? Betrachte dabei eine gerade und eine ungerade Anzahl an Faktoren. - Prüfe bei Termen wie \(\sqrt[n]{x^n}\) zuerst, welchen Wert der Ausdruck unter der Wurzel (der Radikand) hat.

Lösung

1. Untersuchung von \(\sqrt[4]{-81}\): Der Wurzelexponent \(4\) ist gerade und der Radikand \(-81\) ist negativ. In \(\mathbb{R}\) ist dieser Term nicht definiert. 2. Untersuchung von \(\sqrt[5]{-32}\): Der Wurzelexponent \(5\) ist ungerade. Wurzeln mit ungeradem Wurzelexponenten sind auch für negative Radikanden definiert. Ergebnis: \(-2\). 3. Untersuchung von \(\sqrt[6]{(-2)^6}\): Zuerst wird die Potenz berechnet: \((-2)^6 = 64\). Da der Radikand positiv ist, ist die Wurzel definiert. Ergebnis: \(\sqrt[6]{64} = 2\). 4. Untersuchung von \(\sqrt[3]{0{,}008}\): Der Radikand ist positiv, daher ist die Wurzel definiert. Ergebnis: \(0{,}2\). 5. Untersuchung von \(\sqrt[10]{-1}\): Der Wurzelexponent \(10\) ist gerade und der Radikand \(-1\) ist negativ. In \(\mathbb{R}\) ist dieser Term nicht definiert.

Antwort

Definiert sind: 2) \(\sqrt[5]{-32}\) (ungerader Wurzelexponent) 3) \(\sqrt[6]{(-2)^6}\) (Radikand ist positiv, da \((-2)^6 = 64\)) 4) \(\sqrt[3]{0{,}008}\) (positiver Radikand) Nicht definiert sind: 1) \(\sqrt[4]{-81}\) und 5) \(\sqrt[10]{-1}\) (gerader Wurzelexponent bei negativem Radikanden)
4246579
Bestimme für die folgenden Terme jeweils den maximalen Definitionsbereich \(D\) über der Grundmenge \(\mathbb{R}\): 1) \(f(x) = \sqrt[4]{5x - 20}\) 2) \(g(x) = \sqrt[5]{x + 12}\) 3) \(h(x) = \sqrt[6]{18 - 3x}\) 4) \(k(x) = \sqrt{x^2 + 9}\)

Denkanstöße

- Welche Rolle spielt es, ob der Wurzelexponent gerade oder ungerade ist? - Wann darf man eine Zahl nicht unter eine Wurzel schreiben? - Kannst du eine Ungleichung aufstellen, um den Bereich für \(x\) einzugrenzen? - Überlege dir bei der letzten Teilaufgabe, ob der Ausdruck unter der Wurzel jemals negativ werden kann.

Lösung

1. Für Wurzeln mit geradem Wurzelexponenten muss der Radikand (der Ausdruck unter der Wurzel) größer oder gleich Null sein. 2. Bei \(f(x) = \sqrt[4]{5x - 20}\) gilt \(5x - 20 \ge 0\). Daraus folgt \(5x \ge 20\) und somit \(x \ge 4\). Der Definitionsbereich ist \(D = \{x \in \mathbb{R} \mid x \ge 4\}\). 3. Bei \(g(x) = \sqrt[5]{x + 12}\) ist der Wurzelexponent ungerade. Wurzeln mit ungeradem Exponenten sind für alle reellen Zahlen definiert. Somit ist \(D = \mathbb{R}\). 4. Bei \(h(x) = \sqrt[6]{18 - 3x}\) gilt \(18 - 3x \ge 0\) aufgrund des geraden Exponenten. Dies führt zu \(18 \ge 3x\) bzw. \(6 \ge x\). Der Definitionsbereich ist \(D = \{x \in \mathbb{R} \mid x \le 6\}\). 5. Bei \(k(x) = \sqrt{x^2 + 9}\) muss \(x^2 + 9 \ge 0\) gelten. Da \(x^2\) für alle reellen Zahlen mindestens \(0\) ist, ist \(x^2 + 9\) immer mindestens \(9\). Die Bedingung ist für alle \(x\) erfüllt, also \(D = \mathbb{R}\).

Antwort

1) \(D = \{x \in \mathbb{R} \mid x \ge 4\}\) 2) \(D = \mathbb{R}\) 3) \(D = \{x \in \mathbb{R} \mid x \le 6\}\) 4) \(D = \mathbb{R}\)
4246739
Vereinfache die folgenden Terme unter Berücksichtigung der jeweils angegebenen Bedingung für die Variable. a) \(\sqrt{(a-8)^2}\) für \(a \le 8\) b) \(\sqrt[3]{(b+5)^3}\) für \(b \ge -5\) c) \(\sqrt[4]{(c-2)^4}\) für \(c \le 2\) d) \(\sqrt[6]{(1-x)^6}\) für \(x \ge 1\)

Denkanstöße

- Überlege zuerst, ob der Wurzelexponent gerade oder ungerade ist. - Was passiert mit dem Vorzeichen einer negativen Zahl, wenn man sie mit einer geraden Zahl potenziert? - Erinnere dich an die Definition des Betrags \(|x|\). - Prüfe für einen beispielhaften Wert aus dem angegebenen Bereich, ob dein vereinfachter Term das richtige Vorzeichen liefert.

Lösung

1. Für a): Es gilt \(\sqrt{x^2} = |x|\). Da \(a \le 8\), ist der Ausdruck \(a-8 \le 0\). Somit ist \(|a-8| = -(a-8) = 8-a\). 2. Für b): Bei ungeraden Wurzelexponenten gilt \(\sqrt[n]{x^n} = x\). Da hier \(b+5 \ge 0\) durch die Bedingung gegeben ist, bleibt das Ergebnis \(b+5\). 3. Für c): Es gilt \(\sqrt[4]{x^4} = |x|\). Da \(c \le 2\), ist \(c-2 \le 0\). Somit ist \(|c-2| = -(c-2) = 2-c\). 4. Für d): Es gilt \(\sqrt[6]{x^6} = |x|\). Da \(x \ge 1\), ist \(1-x \le 0\). Somit ist \(|1-x| = -(1-x) = x-1\).

Antwort

a) \(8-a\) b) \(b+5\) c) \(2-c\) d) \(x-1\)
4247359
Berechne die Werte der folgenden Ausdrücke ohne Taschenrechner: a) \(\sqrt[6]{125^2}\) b) \(\sqrt[4]{2{,}25^2}\) c) \(\sqrt[8]{16^2}\) d) \(\sqrt[6]{0{,}001^2}\)

Denkanstöße

- Prüfe, ob Wurzelindex und Potenzexponent einen gemeinsamen positiven Teiler haben. - Achte darauf, dass die hier verwendeten Basen nichtnegativ sind; dadurch entstehen beim Reduzieren keine Vorzeichenprobleme. - Nach dem Reduzieren kannst du die verbleibende Wurzel durch eine passende Potenzprobe bestimmen.

Lösung

1. Für nichtnegative Radikanden kann ein gemeinsamer positiver Faktor von Wurzelindex und Potenzexponent gekürzt werden, sofern beide dadurch ganzzahlig bleiben. 2. \(\sqrt[6]{125^2}=\sqrt[3]{125}=5\), weil \(5^3=125\). 3. \(\sqrt[4]{2{,}25^2}=\sqrt{2{,}25}=1{,}5\), weil \(1{,}5^2=2{,}25\). 4. \(\sqrt[8]{16^2}=\sqrt[4]{16}=2\), weil \(2^4=16\). 5. \(\sqrt[6]{0{,}001^2}=\sqrt[3]{0{,}001}=0{,}1\), weil \(0{,}1^3=0{,}001\).

Antwort

a) \(5\) b) \(1{,}5\) c) \(2\) d) \(0{,}1\)
4247409
Bestimme den Wert von \(\sqrt[5]{100}\) näherungsweise auf eine Dezimalstelle genau durch systematisches Probieren. Zeige dabei die Rechnungen, mit denen du den Wert eingrenzt.

Denkanstöße

- Suche zuerst zwei ganze Zahlen, zwischen denen das Ergebnis liegen muss. - Probiere dann Werte mit einer Nachkommastelle aus. - Wie kannst du sicherstellen, ob du auf- oder abrunden musst?

Lösung

1. Grobe Eingrenzung durch Potenzen ganzer Zahlen: \(2^5 = 32\) und \(3^5 = 243\). Der Wert liegt zwischen \(2\) und \(3\). 2. Systematisches Testen von Dezimalzahlen: - \(2{,}5^5 = 97{,}65625\) - \(2{,}6^5 = 118{,}81376\) 3. Da \(97{,}65625 < 100 < 118{,}81376\), liegt \(\sqrt[5]{100}\) im Intervall \([2{,}5; 2{,}6]\). 4. Für die Rundung auf eine Dezimalstelle wird die Mitte \(2{,}55\) geprüft: \(2{,}55^5 \approx 107{,}82\). Da \(100 < 107{,}82\), gilt \(\sqrt[5]{100} < 2{,}55\), also wird auf \(2{,}5\) gerundet.

Antwort

\(\sqrt[5]{100} \approx 2{,}5\)
4247519
Vereinfache die folgenden Wurzelterme unter Berücksichtigung der Bedingungen so weit wie möglich: 1) \(\sqrt[6]{(b-3)^2}\) für \(b<3\) 2) \(\sqrt[10]{(x-1)^{10}}\) für \(x<1\)

Denkanstöße

- Bestimme zuerst, welche Ausdrücke wegen gerader Potenzen sicher nichtnegativ sind. - Prüfe in Teil 1 durch eine Potenzprobe, welcher einfachere nichtnegative Wurzelterm dieselbe sechste Potenz besitzt. - Löse Beträge erst auf, nachdem du mit den gegebenen Ungleichungen das Vorzeichen des inneren Ausdrucks bestimmt hast.

Lösung

1. Setze \(c=|b-3|\). Dann ist \((b-3)^2=c^2\). Der nichtnegative Wert \(\sqrt[3]{c}\) besitzt die sechste Potenz \(c^2\), also gilt \(\sqrt[6]{(b-3)^2}=\sqrt[3]{|b-3|}\). Wegen \(b<3\) ist \(|b-3|=3-b\). Daher lautet das Ergebnis \(\sqrt[3]{3-b}\). 2. Für einen geraden Wurzelexponenten gilt \(\sqrt[10]{(x-1)^{10}}=|x-1|\). Wegen \(x<1\) ist \(|x-1|=1-x\).

Antwort

1) \(\sqrt[3]{3-b}\) 2) \(1-x\)
4249239
Berechne die folgenden Terme und achte besonders auf Vorzeichen und Exponenten. In c) gilt \(x\ge0\). a) \((-\sqrt[4]{10})^4\) b) \((-\sqrt[5]{3})^5\) c) \((-2\sqrt{x})^2\) d) \((\sqrt[3]{y^2})^6\)

Denkanstöße

- Prüfe bei jedem Ausdruck zuerst, ob der äußere Exponent gerade oder ungerade ist. - Nutze bei passenden Wurzel- und Potenzexponenten die jeweilige Potenzprobe. - In d) kann ein neuer Name für den Wurzelwert helfen, damit nur noch ganzzahlige Potenzen vorkommen. - Vergiss in c) nicht, dass der Koeffizient ebenfalls mitpotenziert wird.

Lösung

1. In a) verschwindet das Minuszeichen durch die gerade vierte Potenz: \((-\sqrt[4]{10})^4=(\sqrt[4]{10})^4=10\). 2. In b) bleibt das Minuszeichen wegen der ungeraden fünften Potenz erhalten: \((-\sqrt[5]{3})^5=-3\). 3. In c) gilt \((-2\sqrt{x})^2=(-2)^2(\sqrt{x})^2=4x\). 4. Setze für d) \(u=\sqrt[3]{y^2}\). Dann gilt \(u^3=y^2\). Also ist \(u^6=(u^3)^2=(y^2)^2=y^4\). Daher \((\sqrt[3]{y^2})^6=y^4\).

Antwort

a) \(10\) b) \(-3\) c) \(4x\) d) \(y^4\)
4249479
Berechne die Werte der folgenden Ausdrücke durch Anwendung der Rechenregeln für Wurzeln und Potenzen: a) \( (\sqrt{3{,}5 \cdot 4 + 11})^2 \) b) \( (\sqrt[3]{5^2 + 2})^3 \) c) \( (\sqrt{x + \sqrt{x}})^2 \) für \( x \ge 0 \)

Denkanstöße

- Was passiert, wenn man eine Quadratwurzel quadriert? - Gibt es eine ähnliche Regel für die dritte Wurzel und die dritte Potenz? - Berechne zuerst den Wert innerhalb der Klammer, bevor du die äußere Potenz betrachtest.

Lösung

1. Anwendung der Identität \( (\sqrt[n]{a})^n = a \) für den ersten Ausdruck: \( 3{,}5 \cdot 4 + 11 = 14 + 11 = 25 \). 2. Anwendung der Identität auf den zweiten Ausdruck: \( 5^2 + 2 = 25 + 2 = 27 \). 3. Anwendung der Identität auf den dritten Ausdruck unter Berücksichtigung des Definitionsbereichs: \( x + \sqrt{x} \).

Antwort

a) \( 25 \) b) \( 27 \) c) \( x + \sqrt{x} \)
4249489
Vereinfache die folgenden Terme so weit wie möglich. Gehe davon aus, dass alle Variablenwerte so gewählt sind, dass die Ausdrücke definiert sind. a) \( (3 \cdot \sqrt{y+2})^2 \) b) \( (k^2 \cdot \sqrt[3]{k})^3 \) c) \( \frac{(\sqrt{50})^2 - (\sqrt{2})^2}{(\sqrt[3]{4})^3} \)

Denkanstöße

- Denke an die Potenzgesetze für Produkte: Wie verhält sich die Potenz bei einem Produkt in der Klammer? - Wie verrechnet man Potenzen von Potenzen, wie zum Beispiel \( (k^2)^3 \)? - Kannst du Zähler und Nenner getrennt vereinfachen, bevor du teilst?

Lösung

1. Anwendung des Potenzgesetzes \( (a \cdot b)^n = a^n \cdot b^n \) auf den ersten Term: \( 3^2 \cdot (\sqrt{y+2})^2 = 9 \cdot (y+2) = 9y + 18 \). 2. Anwendung des Potenzgesetzes auf den zweiten Term: \( (k^2)^3 \cdot (\sqrt[3]{k})^3 = k^{2 \cdot 3} \cdot k = k^6 \cdot k = k^7 \). 3. Vereinfachung des Zählers und Nenners im dritten Term durch Aufheben von Wurzel und Potenz: \( \frac{50 - 2}{4} = \frac{48}{4} = 12 \).

Antwort

a) \( 9y + 18 \) b) \( k^7 \) c) \( 12 \)
4101609
Zeige allgemein, dass für eine positive Zahl \(a\) und \(m\in\mathbb{N}\) die Beziehung \(\sqrt{a^{4m}}=a^{2m}\) gilt. Wende diese Regel an: a) \(\sqrt{3^4}\) b) \(\sqrt{2^{12}}\) c) \(\sqrt{x^{16}}\) für \(x>0\)

Denkanstöße

- Suche eine positive Zahl, deren Quadrat genau \(a^{4m}\) ergibt. - Nutze beim Quadrieren einer Potenz das Potenzgesetz für eine Potenz von einer Potenz. - Die Positivitätsbedingung entscheidet, welches Vorzeichen die Quadratwurzel liefert.

Lösung

1. Es gilt \((a^{2m})^2=a^{4m}\). Weil \(a>0\) ist, ist auch \(a^{2m}>0\). Nach der Definition der Quadratwurzel ist daher \(\sqrt{a^{4m}}=a^{2m}\). 2. Für a) ist \(4m=4\), also \(m=1\). Damit ist \(\sqrt{3^4}=3^2=9\). 3. Für b) ist \(4m=12\), also \(m=3\). Damit ist \(\sqrt{2^{12}}=2^6=64\). 4. Für c) ist \(4m=16\), also \(m=4\). Wegen \(x>0\) folgt \(\sqrt{x^{16}}=x^8\).

Antwort

Allgemein: \(\sqrt{a^{4m}}=a^{2m}\) a) \(9\) b) \(64\) c) \(x^8\)
4149069
Vergleiche die folgenden Wertepaare ohne Taschenrechner. Setze das passende Zeichen (\(<\), \(>\) oder \(=\)) ein. a) \(\sqrt{0{,}49} \quad \square \quad 0{,}07\) b) \(\sqrt[3]{27} \quad \square \quad \sqrt{9}\) c) \(\sqrt[4]{\frac{1}{16}} \quad \square \quad \frac{1}{4}\) d) \(\sqrt{20} \quad \square \quad 4{,}5\)

Denkanstöße

- Könntest du beide Seiten des Vergleichs so umformen, dass sie leichter vergleichbar sind? - Manchmal hilft es, beide Zahlen zu quadrieren, um die Wurzel zu eliminieren. - Überlege dir, welche Zahl mit sich selbst multipliziert den Wert unter der Wurzel ergibt. - Achte bei Brüchen und Dezimalzahlen genau auf die Stellenwerte.

Lösung

1. Berechnung von \(\sqrt{0{,}49}\): Da \(0{,}7^2 = 0{,}49\), ist \(\sqrt{0{,}49} = 0{,}7\). Da \(0{,}7 > 0{,}07\), folgt \(\sqrt{0{,}49} > 0{,}07\). 2. Berechnung beider Seiten: \(\sqrt[3]{27} = 3\) (da \(3^3 = 27\)) und \(\sqrt{9} = 3\) (da \(3^2 = 9\)). Also gilt \(\sqrt[3]{27} = \sqrt{9}\). 3. Berechnung von \(\sqrt[4]{\frac{1}{16}}\): Da \((\frac{1}{2})^4 = \frac{1}{16}\), ist die Wurzel \(\frac{1}{2} = 0{,}5\). Da \(0{,}5 > 0{,}25\) (was \(\frac{1}{4}\) entspricht), folgt \(\sqrt[4]{\frac{1}{16}} > \frac{1}{4}\). 4. Vergleich durch Quadrieren: \((\sqrt{20})^2 = 20\) und \(4{,}5^2 = 20{,}25\). Da \(20 < 20{,}25\), folgt \(\sqrt{20} < 4{,}5\).

Antwort

a) \(\sqrt{0{,}49} > 0{,}07\) b) \(\sqrt[3]{27} = \sqrt{9}\) c) \(\sqrt[4]{\frac{1}{16}} > \frac{1}{4}\) d) \(\sqrt{20} < 4{,}5\)
4149519
Gegeben sind die vier Zahlen \(a=\sqrt[3]{5}\), \(b=\sqrt[4]{5}\), \(c=\sqrt[3]{10}\) und \(d=\sqrt[4]{10}\). Ordne sie der Größe nach, beginnend mit der kleinsten, ohne zuerst den Taschenrechner zu benutzen. Begründe deine Sortierung durch Vergleiche der Radikanden und der Wurzelexponenten. Überprüfe dein Ergebnis anschließend mit auf zwei Dezimalstellen gerundeten Näherungswerten.

Denkanstöße

- Vergleiche zuerst Paare mit gleichem Radikanden und Paare mit gleichem Wurzelexponenten. - Für genau einen Vergleich reichen diese beiden Beobachtungen noch nicht aus. - Überlege für dieses Paar, wie du beide Wurzeln auf denselben Wurzelexponenten bringen kannst.

Lösung

1. Bei gleichem Radikanden größer als \(1\) ist die vierte Wurzel kleiner als die dritte Wurzel. Daher gilt \(b<a\) und \(d<c\). 2. Bei gleichem Wurzelexponenten führt der größere positive Radikand zum größeren Wurzelwert. Daher gilt \(b<d\) und \(a<c\). 3. Für den noch offenen Vergleich von \(a\) und \(d\) werden beide auf den Wurzelindex \(12\) erweitert: \(a=\sqrt[12]{5^4}=\sqrt[12]{625}\) und \(d=\sqrt[12]{10^3}=\sqrt[12]{1000}\). Da \(625<1000\), gilt \(a<d\). 4. Insgesamt folgt \(b<a<d<c\). 5. Zur Kontrolle: \(b\approx1{,}50\), \(a\approx1{,}71\), \(d\approx1{,}78\), \(c\approx2{,}15\).

Antwort

\(b<a<d<c\) Näherungswerte: \(b\approx1{,}50\), \(a\approx1{,}71\), \(d\approx1{,}78\), \(c\approx2{,}15\)
4246269
Entscheide, ob die folgenden Aussagen wahr oder falsch sind. Begründe deine Entscheidung kurz. 1. Die Gleichung \(\sqrt[3]{x}=-5\) besitzt die Lösung \(x=-125\). 2. Es gibt eine reelle Zahl \(a\), für die \(\sqrt[4]{a}=-2\) gilt. 3. Der Term \(\sqrt[5]{-1}\) ist nicht definiert, da man aus negativen Zahlen keine Wurzeln ziehen kann.

Denkanstöße

- Unterscheide bei negativen Radikanden zwischen geraden und ungeraden Wurzelexponenten. - Prüfe, welche Werte eine definierte gerade Wurzel als Ergebnis annehmen kann. - Eine Aussage über Wurzeln lässt sich oft durch die passende Potenzprobe kontrollieren.

Lösung

1. Wahr. Es gilt \((-5)^3=-125\), und eine dritte Wurzel ist auch für negative Radikanden reell definiert. 2. Falsch. Für negative reelle Radikanden ist die vierte Wurzel über \(\mathbb{R}\) nicht definiert. Für nichtnegative Radikanden ist ihr Wert per Definition nichtnegativ. Daher kann keine reelle Zahl \(a\) den Wert \(-2\) liefern. 3. Falsch. Wurzeln mit ungeradem Wurzelexponenten sind für negative Radikanden reell definiert. Es gilt \(\sqrt[5]{-1}=-1\), weil \((-1)^5=-1\).

Antwort

1. Wahr 2. Falsch 3. Falsch
4246529
Berechne die Werte der folgenden Ausdrücke in \(\mathbb{R}\). Falls ein Ausdruck nicht definiert ist, gib dies mit einer kurzen Begründung an. a) \(\sqrt[3]{-125} + \sqrt[4]{16}\) b) \(\sqrt[6]{-64} \cdot 5\) c) \(\sqrt[5]{-1} - \sqrt[3]{-1}\) d) \(\frac{\sqrt[4]{0{,}0001}}{\sqrt[3]{-0{,}001}}\)

Denkanstöße

- Berechne zuerst die einzelnen Wurzelwerte, bevor du die Grundrechenarten ausführst. - Erinnere dich daran, welche Bedingung für den Radikanden gelten muss, wenn der Wurzelexponent eine gerade Zahl ist. - Achte bei Subtraktionen besonders auf das Vorzeichen der Ergebnisse.

Lösung

1. Ausdruck a): \(\sqrt[3]{-125} = -5\) (ungerade Wurzel) und \(\sqrt[4]{16} = 2\). Die Summe ist \(-5 + 2 = -3\). 2. Ausdruck b): \(\sqrt[6]{-64}\) hat einen geraden Wurzelexponenten (6) und einen negativen Radikanden (\(-64\)). Dieser Teil ist in \(\mathbb{R}\) nicht definiert, daher hat der gesamte Ausdruck keinen reellen Wert. 3. Ausdruck c): \(\sqrt[5]{-1} = -1\) und \(\sqrt[3]{-1} = -1\). Die Differenz ist \(-1 - (-1) = -1 + 1 = 0\). 4. Ausdruck d): \(\sqrt[4]{0{,}0001} = 0{,}1\) (da \(0{,}1^4 = 0{,}0001\)) und \(\sqrt[3]{-0{,}001} = -0{,}1\) (da \((-0{,}1)^3 = -0{,}001\)). Der Quotient ist \(\frac{0{,}1}{-0{,}1} = -1\).

Antwort

a) \(-3\) b) Nicht definiert (gerade Wurzel aus einer negativen Zahl) c) \(0\) d) \(-1\)
4246589
Gegeben sind die Funktionen \(f(x)=\sqrt[4]{x-3}\) und \(g(x)=\sqrt[3]{x-3}\). a) Bestimme für beide Funktionen den maximalen Definitionsbereich über \(\mathbb{R}\). b) Erkläre kurz, warum sich die Definitionsbereiche unterscheiden. c) Ermittle alle Werte für \(x\), für die \(f(x)=g(x)\) gilt.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst den gemeinsamen Bereich, in dem beide Wurzelausdrücke reell definiert sind. - Ersetze in Teil c) den gemeinsamen Radikanden durch eine neue nichtnegative Variable. - Wenn zwei unterschiedliche Wurzeln desselben nichtnegativen Werts gleich sind, kann eine weitere Hilfsvariable für einen der Wurzelwerte den Vergleich auf eine Potenzgleichung zurückführen.

Lösung

1. Bei \(f\) ist der Wurzelexponent gerade. Daher muss \(x-3\ge0\) gelten, also \(D_f=[3;\infty[\). 2. Bei \(g\) ist der Wurzelexponent ungerade. Die dritte Wurzel ist für jeden reellen Radikanden definiert, also \(D_g=\mathbb{R}\). 3. Für c) muss wegen des gemeinsamen Definitionsbereichs \(x\ge3\) gelten. Setze \(u=x-3\), also \(u\ge0\). 4. Setze zusätzlich \(t=\sqrt[4]{u}\). Dann ist \(t\ge0\) und \(u=t^4\). Aus \(\sqrt[4]{u}=\sqrt[3]{u}\) folgt \(t=\sqrt[3]{t^4}\). 5. Kubieren liefert \(t^3=t^4\), also \(t^3(1-t)=0\). Damit ist \(t=0\) oder \(t=1\). 6. Daher ist \(u=0\) oder \(u=1\). Aus \(x-3=u\) folgen \(x=3\) und \(x=4\).

Antwort

a) \(D_f=[3;\infty[\), \(D_g=\mathbb{R}\) b) Gerade Wurzeln benötigen einen nichtnegativen Radikanden; ungerade Wurzeln sind auch für negative Radikanden reell definiert. c) \(x=3\) und \(x=4\)
4246669
Untersuche die Vereinfachung von Wurzeltermen mit geraden Wurzelexponenten. a) Vereinfache \(\sqrt[4]{(x-y)^4}\) für \(x<y\). b) Berechne \(\sqrt[6]{(a-b)^{12}}\) für \(a=3\), \(b=5\). Untersuche, ob sich das Ergebnis ändert, wenn man die Werte vertauscht. c) Vereinfache \(\sqrt{(z-10)^6}\) für \(z<10\).

Denkanstöße

- Bei einer geraden Wurzel aus einer passenden geraden Potenz spielt der Betrag eine Rolle. - Bestimme vor dem Auflösen eines Betrags das Vorzeichen des inneren Ausdrucks aus den gegebenen Bedingungen. - In Teil b) lässt sich der Exponent \(12\) als ein Vielfaches des Wurzelexponenten \(6\) auffassen.

Lösung

1. Es gilt \(\sqrt[4]{(x-y)^4}=|x-y|\). Wegen \(x<y\) ist \(x-y<0\), also \(|x-y|=y-x\). 2. Für b) gilt \((a-b)^{12}=((a-b)^2)^6\). Daher ist \(\sqrt[6]{(a-b)^{12}}=|(a-b)^2|=(a-b)^2\), weil ein Quadrat nichtnegativ ist. Für \(a=3\), \(b=5\) ergibt sich \((-2)^2=4\); nach dem Vertauschen ergibt sich \(2^2=4\). Das Ergebnis bleibt gleich. 3. Es gilt \(\sqrt{(z-10)^6}=|(z-10)^3|\). Wegen \(z<10\) ist \((z-10)^3<0\), also \(|(z-10)^3|=-(z-10)^3=(10-z)^3\).

Antwort

a) \(y-x\) b) \(4\); beim Vertauschen bleibt der Wert \(4\). c) \((10-z)^3\)
4246759
Vereinfache die folgenden Ausdrücke ohne Taschenrechner: 1) \(\sqrt{(-13)^2}\) 2) \(\sqrt[4]{(-3)^4}\) 3) \(\sqrt{(4-\sqrt{17})^2}\) 4) \(\sqrt[6]{(2-\sqrt3)^6}\)

Denkanstöße

- Ersetze eine gerade Wurzel aus einer gleich hohen geraden Potenz zunächst durch einen Betrag. - Entscheide bei den Ausdrücken mit Differenzen anschließend, ob der Inhalt des Betrags positiv oder negativ ist. - Vergleiche \(4\) mit \(\sqrt{17}\) und \(2\) mit \(\sqrt3\) durch passende Quadrate.

Lösung

1. \(\sqrt{(-13)^2}=|-13|=13\). 2. \(\sqrt[4]{(-3)^4}=|-3|=3\). 3. \(\sqrt{(4-\sqrt{17})^2}=|4-\sqrt{17}|\). Da \(4=\sqrt{16}<\sqrt{17}\), ist der innere Ausdruck negativ. Daher ist das Ergebnis \(\sqrt{17}-4\). 4. \(\sqrt[6]{(2-\sqrt3)^6}=|2-\sqrt3|\). Da \(2=\sqrt4>\sqrt3\), ist der innere Ausdruck positiv. Daher ist das Ergebnis \(2-\sqrt3\).

Antwort

1) \(13\) 2) \(3\) 3) \(\sqrt{17}-4\) 4) \(2-\sqrt3\)
4247399
Bestimme, welche der beiden Zahlen \(a = \sqrt[3]{30}\) und \(b = \sqrt[4]{90}\) größer ist. Gib für beide Werte jeweils ein Intervall der Länge \(0{,}1\) an, in dem der jeweilige Wert liegt, um deine Entscheidung zu begründen.

Denkanstöße

- Welche ganze Zahl ergibt hoch drei etwa 30? - Überlege, wie du durch Probieren mit einer Nachkommastelle den Bereich eingrenzen kannst. - Kannst du die beiden Zahlen mit einem festen Wert wie \(3{,}1\) vergleichen?

Lösung

1. Eingrenzung von \(a = \sqrt[3]{30}\): Da \(3^3 = 27\) und \(4^3 = 64\), liegt der Wert zwischen \(3\) und \(4\). 2. Prüfung für \(a\): \(3{,}1^3 = 29{,}791\) und \(3{,}2^3 = 32{,}768\). Somit gilt \(3{,}1 < \sqrt[3]{30} < 3{,}2\). Ein mögliches Intervall der Länge \(0{,}1\) ist \([3{,}1; 3{,}2]\). 3. Eingrenzung von \(b = \sqrt[4]{90}\): Da \(3^4 = 81\) und \(4^4 = 256\), liegt der Wert zwischen \(3\) und \(4\). 4. Prüfung für \(b\): \(3{,}0^4 = 81\) und \(3{,}1^4 = 92{,}3521\). Somit gilt \(3{,}0 < \sqrt[4]{90} < 3{,}1\). Ein mögliches Intervall der Länge \(0{,}1\) ist \([3{,}0; 3{,}1]\). 5. Vergleich: Da \(\sqrt[3]{30} > 3{,}1\) und \(\sqrt[4]{90} < 3{,}1\), folgt \(a > b\).

Antwort

\(a = \sqrt[3]{30}\) ist größer als \(b = \sqrt[4]{90}\). Intervalle: \(3{,}1 < a < 3{,}2\) und \(3{,}0 < b < 3{,}1\).
4247459
Vereinfache die folgenden Terme, indem du den Wurzelexponenten und den Exponenten des Radikanden (den Ausdruck unter der Wurzel) so weit wie möglich kürzt. Achte dabei besonders auf die Vorzeichen der Differenzen. a) \(\sqrt[4]{(3-\sqrt{11})^2}\) b) \(\sqrt[6]{(\sqrt{2}-\sqrt{7})^2}\) c) \(\sqrt[10]{(4-\sqrt{17})^2}\)

Denkanstöße

- Überlege zuerst, ob das Ergebnis einer geraden Wurzel jemals negativ sein kann. - Wie kannst du feststellen, welche der beiden Zahlen in der Differenz größer ist, ohne einen Taschenrechner zu benutzen? - Was passiert mit dem Vorzeichen einer Zahl, wenn sie quadriert und anschließend die Wurzel gezogen wird? - Erinnere dich an die Definition des Betrags \(\sqrt{x^2} = |x|\).

Lösung

Die Vereinfachung basiert auf der Regel \(\sqrt[2n]{A^2} = \sqrt[n]{|A|}\). 1. Teilaufgabe a: Kürzen des Exponenten ergibt \(\sqrt{|3-\sqrt{11}|}\). Da \(3 = \sqrt{9}\) und \(\sqrt{9} < \sqrt{11}\), ist die Differenz negativ. Der Betrag ist somit \(\sqrt{11}-3\). Ergebnis: \(\sqrt{\sqrt{11}-3}\). 2. Teilaufgabe b: Kürzen ergibt \(\sqrt[3]{|\sqrt{2}-\sqrt{7}|}\). Da \(\sqrt{2} < \sqrt{7}\), ist die Differenz negativ. Der Betrag ist \(\sqrt{7}-\sqrt{2}\). Ergebnis: \(\sqrt[3]{\sqrt{7}-\sqrt{2}}\). 3. Teilaufgabe c: Kürzen ergibt \(\sqrt[5]{|4-\sqrt{17}|}\). Da \(4 = \sqrt{16}\) und \(\sqrt{16} < \sqrt{17}\), ist die Differenz negativ. Der Betrag ist \(\sqrt{17}-4\). Ergebnis: \(\sqrt[5]{\sqrt{17}-4}\).

Antwort

a) \(\sqrt{\sqrt{11}-3}\) b) \(\sqrt[3]{\sqrt{7}-\sqrt{2}}\) c) \(\sqrt[5]{\sqrt{17}-4}\)
4247469
Gegeben ist der Term \(T(x)=\sqrt[4]{(x-5)^2}\). a) Berechne den Wert des Terms für \(x=1\). b) Mina behauptet: „Man kann den Term einfach zu \(\sqrt{x-5}\) kürzen.“ Erkläre mithilfe deines Ergebnisses aus Teil a), warum diese Behauptung für \(x=1\) mathematisch nicht korrekt ist. c) Gib eine vereinfachte Form für \(T(x)\) an, die für alle \(x<5\) gültig ist und keine Betragsstriche enthält.

Denkanstöße

- Vergleiche in Teil b) den Definitionsstatus beider Ausdrücke am vorgegebenen Wert. - Achte darauf, dass Aussagen über negative Radikanden von der Art der Wurzel abhängen. - Bestimme für \(x<5\) das Vorzeichen von \(x-5\), bevor du einen Betrag auflöst.

Lösung

1. Für \(x=1\) gilt \(T(1)=\sqrt[4]{(-4)^2}=\sqrt[4]{16}=2\). 2. Die vorgeschlagene Form liefert bei \(x=1\) den Ausdruck \(\sqrt{-4}\). Eine Quadratwurzel mit negativem Radikanden ist über \(\mathbb{R}\) nicht definiert. Der ursprüngliche Term ist dagegen definiert und hat den Wert \(2\). Die behauptete Vereinfachung ist daher falsch. 3. Allgemein ist \(\sqrt[4]{(x-5)^2}=\sqrt{|x-5|}\). Für \(x<5\) gilt \(|x-5|=5-x\). Somit ist \(T(x)=\sqrt{5-x}\).

Antwort

a) \(2\) b) Bei \(x=1\) ist \(\sqrt{x-5}=\sqrt{-4}\) über \(\mathbb{R}\) nicht definiert, der ursprüngliche Term aber gleich \(2\). c) \(\sqrt{5-x}\)
4247479
Betrachte die Ausdrücke \(A=\sqrt[4]{x^2}\) und \(B=\sqrt{|x|}\). a) Berechne beide Ausdrücke für \(x=16\) und \(x=-16\). b) Zeige durch Umformung in die Potenzschreibweise \(x^{\frac{p}{q}}\), dass beide Ausdrücke für \(x>0\) identisch sind. c) Begründe, warum im Ausdruck \(B\) die Betragsstriche notwendig sind, damit der Ausdruck für alle reellen \(x\) definiert ist, während dies bei \(A\) durch das Quadrat bereits gewährleistet ist.

Denkanstöße

- Berechne zunächst beide Ausdrücke an den beiden vorgegebenen Stellen. - Nutze in Teil b) die Verbindung zwischen Wurzelnotation und rationalen Exponenten und kürze den Exponentenbruch, wenn möglich. - Vergleiche in Teil c) die Radikanden \(x^2\) und \(|x|\) hinsichtlich ihres Vorzeichens.

Lösung

1. Für \(x=16\) gilt \(A=\sqrt[4]{256}=4\) und \(B=\sqrt{16}=4\). Für \(x=-16\) gilt ebenfalls \(A=\sqrt[4]{256}=4\) und \(B=\sqrt{16}=4\). 2. Für \(x>0\) gilt \(A=(x^2)^{\frac14}=x^{\frac24}=x^{\frac12}\). Außerdem ist wegen \(|x|=x\) auch \(B=\sqrt{x}=x^{\frac12}\). Somit ist \(A=B\). 3. Bei \(A\) ist der Radikand \(x^2\) für alle reellen \(x\) nichtnegativ. Bei \(B\) stellt der Betrag sicher, dass auch für negative \(x\) ein nichtnegativer Radikand entsteht.

Antwort

a) Für \(x=16\) und \(x=-16\) gilt jeweils \(A=B=4\). b) Für \(x>0\): \(A=x^{\frac12}=B\) c) Das Quadrat in \(A\) und der Betrag in \(B\) sorgen jeweils für einen nichtnegativen Radikanden.
4249229
Vergleiche die folgenden Zahlenwerte ohne Taschenrechner und setze das passende Zeichen (\( < \), \( > \) oder \( = \)) ein. Begründe dein Vorgehen kurz. a) \( \sqrt[3]{5} \) und \( \sqrt{3} \) b) \( \sqrt[4]{10} \) und \( \sqrt[3]{4} \) c) \( \sqrt[6]{10} \) und \( \sqrt[3]{3} \)

Denkanstöße

- Wie kannst du zwei Wurzeln vergleichen, wenn sie nicht denselben Wurzelexponenten haben? - Suche nach einer Möglichkeit, beide Wurzeln so umzuformen, dass sie denselben „Namen“ (Index) haben. - Was passiert mit dem Radikanden (der Zahl unter der Wurzel), wenn du den Wurzelexponenten vergrößerst?

Lösung

1. Um Wurzeln mit unterschiedlichen Exponenten zu vergleichen, werden sie auf einen gemeinsamen Wurzelexponenten (das kleinste gemeinsame Vielfache der Indizes) gebracht. 2. Teil a): \( \text{kgV}(3, 2) = 6 \). Es gilt \( \sqrt[3]{5} = \sqrt[6]{5^2} = \sqrt[6]{25} \) und \( \sqrt{3} = \sqrt[6]{3^3} = \sqrt[6]{27} \). Da \( 25 < 27 \), folgt \( \sqrt[3]{5} < \sqrt{3} \). 3. Teil b): \( \text{kgV}(4, 3) = 12 \). Es gilt \( \sqrt[4]{10} = \sqrt[12]{10^3} = \sqrt[12]{1000} \) und \( \sqrt[3]{4} = \sqrt[12]{4^4} = \sqrt[12]{256} \). Da \( 1000 > 256 \), folgt \( \sqrt[4]{10} > \sqrt[3]{4} \). 4. Teil c): \( \text{kgV}(6, 3) = 6 \). Es gilt \( \sqrt[6]{10} \) und \( \sqrt[3]{3} = \sqrt[6]{3^2} = \sqrt[6]{9} \). Da \( 10 > 9 \), folgt \( \sqrt[6]{10} > \sqrt[3]{3} \).

Antwort

a) \( \sqrt[3]{5} < \sqrt{3} \) b) \( \sqrt[4]{10} > \sqrt[3]{4} \) c) \( \sqrt[6]{10} > \sqrt[3]{3} \)
4349709
Gegeben ist der Term \(T = \sqrt{\frac{1}{4} \cdot 2^4}\). 1. Vereinfache den Term schrittweise und berechne seinen Wert. 2. Der abgebildete Graph gehört zur Funktion \(f(x) = \sqrt{x}\). Welcher \(x\)-Wert liefert genau den Funktionswert \(T\)? Kontrolliere dein Ergebnis am Graphen.
Abbildung zur Aufgabe 434970

Denkanstöße

- Berechne zuerst den vollständigen Radikanden von \(T\). - Welche Umkehroperation hilft bei der Gleichung \(\sqrt{x}=2\)? - Lies zur Kontrolle den zu \(y=2\) gehörenden x-Wert am Funktionsgraphen ab.

Lösung

1. Im Radikanden gilt \(\frac{1}{4}\cdot 2^4 = \frac{1}{4}\cdot 16 = 4\). Daher ist \(T = \sqrt{4} = 2\). 2. Gesucht ist \(x\) mit \(\sqrt{x} = 2\). Quadrieren ergibt \(x = 4\). 3. Am Graphen liegt zum Funktionswert \(2\) der Punkt mit der Koordinate \((4\mid 2)\). Damit bestätigt der Graph \(x=4\).

Antwort

1. \(T = 2\) 2. \(x = 4\)
4149019
Vergleiche die beiden Zahlen \(u=\sqrt[3]{5}\) und \(v=\sqrt[4]{8}\) ohne Taschenrechner. Welche Zahl ist größer? Begründe dein Ergebnis durch einen rechnerischen Vergleich.

Denkanstöße

- Suche eine exakte Darstellung, in der beide Zahlen nach demselben Vergleichskriterium beurteilt werden können. - Die beiden Wurzelindizes lassen sich so verändern, dass sie übereinstimmen, ohne den Wert der Wurzel zu ändern. - Prüfe nach einer solchen Umformung, welche Größen direkt miteinander verglichen werden können.

Lösung

1. Zum exakten Vergleich werden beide Wurzeln auf einen gemeinsamen Wurzelexponenten gebracht. Für die Indizes \(3\) und \(4\) eignet sich \(12\). 2. Es gilt \(u=\sqrt[3]{5}=\sqrt[12]{5^4}=\sqrt[12]{625}\). 3. Außerdem gilt \(v=\sqrt[4]{8}=\sqrt[12]{8^3}=\sqrt[12]{512}\). 4. Da \(625>512\), folgt \(\sqrt[12]{625}>\sqrt[12]{512}\). 5. Somit ist \(u>v\).

Antwort

\(u>v\), also \(\sqrt[3]{5}>\sqrt[4]{8}\).
4246769
Bestimme die exakten Werte der folgenden Terme bzw. löse die Gleichung: a) \(\sqrt[3]{(-5)^3} + \sqrt{(-5)^2}\) b) \(\sqrt[4]{(\sqrt{5}-3)^4}\) c) \(\sqrt{(3-\pi)^2}\) d) Für welche reellen Zahlen \(x\) gilt die Gleichung \(\sqrt[8]{x^8} = -x\)?

Denkanstöße

- Erinnere dich an den Unterschied zwischen \(\sqrt[n]{a^n}\) bei geradem und ungeradem \(n\). - Wie ist der Betrag einer Zahl definiert, wenn die Zahl selbst negativ ist? - Schätze die Werte von \(\sqrt{5}\) und \(\pi\) grob ab, um das Vorzeichen der Differenz zu bestimmen. - Wann ist der Betrag einer Zahl gleich ihrer Gegenzahl?

Lösung

1. Bei ungeradem Exponenten gilt \(\sqrt[n]{a^n} = a\), also \(\sqrt[3]{(-5)^3} = -5\). Bei geradem Exponenten gilt \(\sqrt{a^2} = |a|\), also \(\sqrt{(-5)^2} = 5\). Die Summe ist \(-5 + 5 = 0\). 2. Es gilt \(\sqrt[4]{(\sqrt{5}-3)^4} = |\sqrt{5}-3|\). Da \(\sqrt{5} \approx 2{,}236 < 3\), ist die Basis negativ. Der Betrag ist \(3-\sqrt{5}\). 3. Es gilt \(\sqrt{(3-\pi)^2} = |3-\pi|\). Da \(\pi \approx 3{,}141 > 3\), ist die Differenz negativ. Der Betrag ist \(\pi-3\). 4. Die linke Seite \(\sqrt[8]{x^8}\) entspricht \(|x|\). Die Gleichung \(|x| = -x\) ist nach der Definition des Betrags genau dann erfüllt, wenn \(x \le 0\).

Antwort

a) \(0\) b) \(3-\sqrt{5}\) c) \(\pi-3\) d) \(x \le 0\)
4247489
Leila behauptet: „Es gilt immer \(\sqrt[n]{a^n}=a\), da sich die Potenz \(n\) und die Wurzel \(n\) gegenseitig aufheben.“ a) Überprüfe die Behauptung für \(n=4\) und \(a=-3\). b) Überprüfe die Behauptung für \(n=3\) und \(a=-2\). c) Korrigiere die allgemeine Formel für den Fall, dass \(n\) eine gerade natürliche Zahl ist, damit sie für alle reellen \(a\) gültig ist.

Denkanstöße

- Prüfe die Behauptung zuerst tatsächlich mit den vorgegebenen negativen Zahlen. - Vergleiche, was bei geraden und ungeraden Potenzen mit dem Vorzeichen geschieht. - Die korrigierte Formel muss sowohl für positive als auch für negative Werte von \(a\) dasselbe nichtnegative Wurzelergebnis beschreiben.

Lösung

1. Für \(n=4\), \(a=-3\) gilt \(\sqrt[4]{(-3)^4}=\sqrt[4]{81}=3\ne-3\). Die Behauptung ist in diesem Fall falsch. 2. Für \(n=3\), \(a=-2\) gilt \(\sqrt[3]{(-2)^3}=\sqrt[3]{-8}=-2\). Hier ist die Behauptung richtig. 3. Für gerades \(n\) ist \(a^n\ge0\), und die definierte gerade Wurzel liefert einen nichtnegativen Wert. Deshalb gilt allgemein \(\sqrt[n]{a^n}=|a|\).

Antwort

a) falsch, denn \(\sqrt[4]{(-3)^4}=3\) b) wahr, denn \(\sqrt[3]{(-2)^3}=-2\) c) Für gerades \(n\) gilt \(\sqrt[n]{a^n}=|a|\).

Alle Aufgaben dürfen für Schule und Nachhilfe (auch im Rahmen bezahlter Nachhilfe) kostenlos genutzt, kopiert und ausgedruckt werden. Nicht gestattet sind kommerzielle Bearbeitungen sowie die Veröffentlichung oder Weiterverbreitung im Internet.