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Notizen/Mathematik/AG 2 - Gleichungen, Ungleichungen und Gleichungssysteme
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AG 2 - Gleichungen, Ungleichungen und Gleichungssysteme

Lineare und quadratische Gleichungen, Bruch- und Wurzelgleichungen, Ungleichungen und lineare Gleichungssysteme. Diese Verfahren sind Werkzeuge für fast alle Modellierungsaufgaben. Vgl. Thema FA 1 (Funktionsbegriff, lineare und Potenzfunktionen): jede quadratische Gleichung entspricht der Nullstellensuche einer quadratischen Funktion.

6 Abschnitte·~15 Min Lesezeit·3 Kompetenzen·Niveau Basis 1 · Standard 4 · Vertiefung 1·Stand 06/2026

T·0222 / 13
Prüfungsprofil
AG 2.1 · Lineare Gleichungen und Ungleichungen lösenAG 2.2 · Quadratische Gleichungen lösenAG 2.3 · Lineare Gleichungssysteme in zwei und drei Variablen lösen und interpretieren
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Lesetiefe: Vertiefung

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Schriftgröße: Standard

Inhalt · 6 Abschnitte▾
  1. AG 2 - Gleichungen, Ungleichungen und Gleichungssysteme
    • 01Lineare Gleichungen und Ungleichungen○
    • 02Quadratische Gleichungen und Satz von Vieta◐
    • 03Lineare Gleichungssysteme◐
    • 04Bruch-, Wurzel- und Betragsgleichungen●
    • 05Exponentialgleichungen lösen◐
    • 06Textaufgaben und Modellierung mit Gleichungen◐
§ 01

Lineare Gleichungen und Ungleichungen#

●○○BasisLPAG-2.1

Lineare Gleichung als Nullstelle einer Geraden

Lineare Gleichung als Nullstelle der GeradenSchaubild von y = 2x − 4, Nullstellen bei x = 2, y-Achsenabschnitt bei y = -4, steigend, im Bereich x von -1 bis 5−112345−4−224x = 2Lösungy = 2x − 4yx
Abb. 1Die Lösung von 2x−4=02x-4=02x−4=0 ist die Nullstelle x=2x=2x=2 der Geraden y=2x−4y=2x-4y=2x−4 - ihr Schnittpunkt mit der xxx-Achse.

Kernpunkte

Eine lineare Gleichung ax+b=0ax+b=0ax+b=0 enthält die Unbekannte nur in erster Potenz und besitzt - sofern a≠0a\neq 0a=0 - genau eine Lösung x=−bax=-\tfrac{b}{a}x=−ab​. Geometrisch ist das die einzige Nullstelle der Geraden y=ax+by=ax+by=ax+b.
Gelöst wird durch Äquivalenzumformungen: dieselbe Zahl auf beiden Seiten addieren oder subtrahieren, mit einer von Null verschiedenen Zahl multiplizieren oder dividieren. Jede dieser Operationen lässt die Lösungsmenge unverändert - die Waage bleibt im Gleichgewicht.
Bei Ungleichungen kommt eine zusätzliche Regel hinzu: Multipliziert oder dividiert man mit einer negativen Zahl, kehrt sich das Ungleichheitszeichen um. Das Übersehen dieses Vorzeichenwechsels ist der häufigste Punkteverlust im ganzen Kapitel.
Bruchgleichungen multipliziert man mit dem Hauptnenner; weil dabei der Nenner verschwindet, legt man vorher die Definitionsmenge fest und prüft am Ende, ob eine gefundene Lösung eine verbotene Nennernullstelle ist.
Lösungsmengen von Ungleichungen gibt man als Intervall ((−∞,2](-\infty,2](−∞,2]) oder in Mengenschreibweise ({x∈R∣x≤2}\{x\in\mathbb{R}\mid x\le 2\}{x∈R∣x≤2}) an: eckige Klammer bzw. ≤\le≤ heißt „Rand gehört dazu", runde Klammer bzw. <<< heißt „Rand ausgeschlossen".
Anschaulich beantwortet das Lösen die Frage, wo die Gerade y=ax+by=ax+by=ax+b den Wert null annimmt - dieselbe Nullstellensuche begegnet später bei jeder linearen Funktion (Thema FA) wieder.
x=−bax=-\dfrac{b}{a}x=−ab​

Lösung der linearen Gleichung ax+b=0, a≠0

Musterbeispiel

Lineare Ungleichung mit Vorzeichenwechsel

Löse −2(x−3)+1≥5-2(x-3)+1\geq 5−2(x−3)+1≥5.

  1. 01Klammer auflösen

    −2x+6+1≥5⇒−2x+7≥5-2x+6+1\geq 5\Rightarrow -2x+7\geq 5−2x+6+1≥5⇒−2x+7≥5.

  2. 027 subtrahieren

    −2x≥−2-2x\geq -2−2x≥−2.

  3. 03Durch -2 dividieren

    Ungleichheitszeichen umkehren: x≤1x\leq 1x≤1.

Ergebnis: Lösungsmenge: L=(−∞, 1]\mathbb{L}=(-\infty,\,1]L=(−∞,1].

Schritt-für-Schritt Erklärung3 Schritte
  1. 1

    Trenne zuerst die Variablen auf eine Seite und die Konstanten auf die andere.

  2. 2

    Bei Ungleichungen denke vor jeder Multiplikation oder Division an das Vorzeichen.

  3. 3

    Prüfe jede gefundene Lösung am Originalausdruck, besonders bei Bruchgleichungen.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank3 Punkte

Aufgabenstellung

Gegeben ist die Gleichung a⋅x+b=c⋅x+da\cdot x+b=c\cdot x+da⋅x+b=c⋅x+d mit a≠ca\neq ca=c. Drücke xxx allgemein durch aaa, bbb, ccc und ddd aus.

Maturafokus

  • Schreibe bei Bruchgleichungen den Definitionsbereich vor dem Auflösen hin.
  • Bei Ungleichungen das Vorzeichen einer Multiplikation oder Division prüfen - der Klassiker für Punktabzug.
  • Lösungsmenge im Intervallschreibweise klar markieren: L={x∈R∣x>3}\mathbb{L}=\{x\in\mathbb{R}\mid x>3\}L={x∈R∣x>3} oder (3,∞)(3,\infty)(3,∞).

Typische Fehler

  • Vorzeichen bei Multiplikation mit negativer Zahl wird vergessen.
  • Lösung, die den Definitionsbereich verletzt, wird mitgeschleppt.
  • Bei Wurzelgleichungen wird die Probe nicht gemacht, dadurch werden Scheinwurzeln übernommen.

Aktive Wiederholung

Löse 2x−1x+2=3\dfrac{2x-1}{x+2}=3x+22x−1​=3 und gib den Definitionsbereich sowie die Lösungsmenge an.

Aktiv abrufen

Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: AHS-Lehrplan Mathematik - Algebra und Geometrie (BMBWF)

§ 02

Quadratische Gleichungen und Satz von Vieta#

●●○StandardLPAG-2.2

Kernpunkte

Die allgemeine quadratische Gleichung ax2+bx+c=0ax^{2}+bx+c=0ax2+bx+c=0 (mit a≠0a\neq 0a=0) löst man mit der großen Lösungsformel x1,2=−b±b2−4ac2ax_{1,2}=\tfrac{-b\pm\sqrt{b^{2}-4ac}}{2a}x1,2​=2a−b±b2−4ac​​; in der Normalform x2+px+q=0x^{2}+px+q=0x2+px+q=0 verkürzt sie sich zur kleinen Formel x1,2=−p2±(p2)2−qx_{1,2}=-\tfrac{p}{2}\pm\sqrt{(\tfrac{p}{2})^{2}-q}x1,2​=−2p​±(2p​)2−q​.
Der Term unter der Wurzel - die Diskriminante D=b2−4acD=b^{2}-4acD=b2−4ac - entscheidet schon vor dem Rechnen über die Anzahl reeller Lösungen: D>0D>0D>0 liefert zwei, D=0D=0D=0 genau eine (Berührpunkt), D<0D<0D<0 keine reelle Lösung. zeigt diese drei Lagen der Parabel zur xxx-Achse.

Diskriminante und Lösungsanzahl

Diskriminante und LösungsanzahlSchaubild von D > 0, Nullstellen bei x = -1, 1, Tiefpunkt bei (0, -1), y-Achsenabschnitt bei y = -1, im Bereich x von -2.4 bis 2.4, Schaubild von D = 0, Nullstellen bei x = 0, Tiefpunkt bei (0, 0), y-Achsenabschnitt bei y = 0, im Bereich x von -2.4 bis 2.4, Schaubild von D < 0, Tiefpunkt bei (0, 1), y-Achsenabschnitt bei y = 1, im Bereich x von -2.4 bis 2.4−2−112−112345x₁x₂BerührpunktD = 0D > 0D = 0D < 0yx
Abb. 2D > 0 zwei Schnittpunkte, D = 0 Berührpunkt, D < 0 keine reelle Lösung.
Die faktorisierte Form a(x−x1)(x−x2)=0a(x-x_{1})(x-x_{2})=0a(x−x1​)(x−x2​)=0 macht die Nullstellen unmittelbar sichtbar, denn ein Produkt ist genau dann null, wenn ein Faktor null ist (Satz vom Nullprodukt).
Der Satz von Vieta verknüpft Koeffizienten und Lösungen direkt: x1+x2=−bax_{1}+x_{2}=-\tfrac{b}{a}x1​+x2​=−ab​ und x1⋅x2=cax_{1}\cdot x_{2}=\tfrac{c}{a}x1​⋅x2​=ac​. Damit rät man ganzzahlige Lösungen oft schneller, als die Formel sie liefert, und kontrolliert jedes Ergebnis im Kopf.
Die quadratische Ergänzung formt ax2+bx+cax^{2}+bx+cax2+bx+c in die Scheitelform a(x−d)2+ea(x-d)^{2}+ea(x−d)2+e um und liefert direkt den Scheitel S(d∣e)S(d\mid e)S(d∣e) - die Brücke zur quadratischen Funktion (Thema FA). zeigt eine konkrete Parabel mit ihren beiden Nullstellen und dem tiefsten Punkt.

Parabel f(x)=x²-x-2 mit Nullstellen

Parabel f(x) = x² − x − 2 mit NullstellenSchaubild von f(x) = x² − x − 2, Nullstellen bei x = -1, 2, Tiefpunkt bei (0.5, -2.25), y-Achsenabschnitt bei y = -2, im Bereich x von -2.6 bis 3.2−2−1123−22468x₁ = −1x₂ = 2SScheitelf(x) = x² − x −2f(x)x
Abb. 3Nullstellen bei x=−1x=-1x=−1 und x=2x=2x=2; Scheitel bei (0,5 ∣ −2,25)(0{,}5\,|\,-2{,}25)(0,5∣−2,25).
Anschaulich ist jede Lösung der Gleichung ein Schnittpunkt der Parabel y=ax2+bx+cy=ax^{2}+bx+cy=ax2+bx+c mit der xxx-Achse: Die Diskriminante misst gewissermaßen, ob und wie weit die Parabel diese Achse erreicht.
x1,2=−b±b2−4ac2ax_{1,2}=\dfrac{-b\pm\sqrt{b^{2}-4ac}}{2a}x1,2​=2a−b±b2−4ac​​

Lösungsformel quadratische Gleichung ax²+bx+c=0

D=b2−4acD=b^{2}-4acD=b2−4ac

Diskriminante - bestimmt Anzahl reeller Lösungen

x1+x2=−ba,x1⋅x2=cax_{1}+x_{2}=-\dfrac{b}{a},\quad x_{1}\cdot x_{2}=\dfrac{c}{a}x1​+x2​=−ab​,x1​⋅x2​=ac​

Satz von Vieta

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Musterbeispiel

Quadratische Gleichung mit ABC-Formel

Löse 2x2−3x−5=02x^{2}-3x-5=02x2−3x−5=0 und gib den größeren Lösungswert an.

  1. 01Koeffizienten

    a=2a=2a=2, b=−3b=-3b=−3, c=−5c=-5c=−5.

  2. 02Diskriminante

    D=(−3)2−4⋅2⋅(−5)=9+40=49D=(-3)^{2}-4\cdot 2\cdot(-5)=9+40=49D=(−3)2−4⋅2⋅(−5)=9+40=49.

    D=49D=49D=49
  3. 03Lösungen

    x1,2=3±74x_{1,2}=\dfrac{3\pm 7}{4}x1,2​=43±7​.

  4. 04Auswertung

    x1=104=2,5x_{1}=\tfrac{10}{4}=2{,}5x1​=410​=2,5, x2=−44=−1x_{2}=\tfrac{-4}{4}=-1x2​=4−4​=−1.

Ergebnis: Größere Lösung: x1=2,5x_{1}=2{,}5x1​=2,5.

Schritt-für-Schritt Erklärung3 Schritte
  1. 1

    Erkenne zuerst, ob du die Gleichung in der Normalform vor dir hast.

  2. 2

    Die Diskriminante verrät schon vor der Rechnung, ob es zwei, eine oder keine reelle Lösung gibt.

    D=b2−4acD=b^{2}-4acD=b2−4ac

    Diskriminante - bestimmt Anzahl reeller Lösungen

  3. 3

    Vieta hilft, das Ergebnis schnell zu kontrollieren - Produkt und Summe der Lösungen müssen passen.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank3 Punkte

Aufgabenstellung

Die quadratische Gleichung x2+px+q=0x^{2}+px+q=0x2+px+q=0 hat die Lösungen x1=2x_{1}=2x1​=2 und x2=−5x_{2}=-5x2​=−5. Bestimme ppp und qqq.

Maturafokus

  • Prüfe vor der Lösungsformel, ob Faktorisieren oder Vieta schneller ist.
  • Bei quadratischen Ungleichungen das Vorzeichen der quadratischen Funktion an den Nullstellen einzeichnen.
  • In Anwendungsaufgaben muss die Lösung den Kontext erfüllen (z.B. nur positive Zeiten).

Typische Fehler

  • Vorzeichenfehler bei −b-b−b in der Lösungsformel.
  • Diskriminante wird beim Wurzelziehen vergessen (±\pm± übersehen).
  • Negative Lösungen werden in einem realen Kontext nicht ausgeschlossen.

Aktive Wiederholung

Löse x2+6x+5=0x^{2}+6x+5=0x2+6x+5=0 über den Satz von Vieta (ohne Lösungsformel).

Aktiv abrufen

Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: IQS SRDP Grundkompetenzen Algebra (IQS)

§ 03

Lineare Gleichungssysteme#

●●○StandardLPAG-2.3

Lineares Gleichungssystem als Schnitt zweier Geraden

Lineares Gleichungssystem: Schnittpunkt zweier GeradenGeometrische Zeichnung, S(2 | 1)S(2, 1)x1x2g:3x+2y = 8h: x-y = 1
Abb. 4Jede Gleichung ist eine Gerade; die eindeutige Lösung S(2∣1)S(2\mid 1)S(2∣1) ist ihr Schnittpunkt. Parallele Geraden bedeuten keine, identische unendlich viele Lösungen.

Kernpunkte

Ein lineares Gleichungssystem (LGS) sucht Werte, die mehrere lineare Gleichungen gleichzeitig erfüllen. In zwei Variablen ist jede Gleichung eine Gerade, und die Lösung ist ihr Schnittpunkt - in der Abbildung der Punkt S(2∣1)S(2\mid 1)S(2∣1) des Systems 3x+2y=83x+2y=83x+2y=8, x−y=1x-y=1x−y=1.
Genau die Lage der Geraden bestimmt die Lösungsanzahl: Schneiden sie sich, gibt es eine Lösung; sind sie parallel, keine; sind sie identisch, unendlich viele. Algebraisch zeigt sich das beim Eliminieren als falsche Aussage (0=50=50=5) bzw. als wahre Aussage (0=00=00=0).
Zum Lösen stehen Einsetzungs-, Gleichsetzungs- und Additionsverfahren bereit; sie sind gleichwertig, und man wählt das, das die wenigsten Brüche erzeugt. Das Additionsverfahren eliminiert eine Variable, indem man die Gleichungen passend skaliert und addiert.
Systeme mit drei Unbekannten löst der Gauss-Algorithmus systematisch: Man bringt das System in obere Dreiecksform und liest die Variablen von unten nach oben zurück (Rückwärtseinsetzen).
Die Determinante det⁡ ⁣(abcd)=ad−bc\det\!\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}=ad-bcdet(ac​bd​)=ad−bc ist der Schnelltest eines 2×22\times 22×2-Systems: Ist sie ungleich null, gibt es genau eine Lösung; ist sie null, liegen die Sonderfälle „keine" oder „unendlich viele" vor.
In Kontextaufgaben (Mischungen, Preise, Bewegung) lautet der Ablauf stets: Variablen benennen, je eine Gleichung pro Bedingung aufstellen, lösen, Probe machen und das Ergebnis als vollständigen Satz interpretieren.
det⁡(abcd)=ad−bc\det\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}=ad-bcdet(ac​bd​)=ad−bc

Determinante einer 2x2-Matrix

Musterbeispiel

Lineares Gleichungssystem - Eliminationsverfahren

Löse das System {3x+2y=8x−y=1\begin{cases}3x+2y=8\\ x-y=1\end{cases}{3x+2y=8x−y=1​.

  1. 01Aus zweiter Gleichung umformen

    x=y+1x=y+1x=y+1.

  2. 02Einsetzen

    3(y+1)+2y=8⇒5y+3=8⇒y=13(y+1)+2y=8\Rightarrow 5y+3=8\Rightarrow y=13(y+1)+2y=8⇒5y+3=8⇒y=1.

  3. 03Rückeinsetzen

    x=1+1=2x=1+1=2x=1+1=2.

  4. 04Probe

    3⋅2+2⋅1=83\cdot 2+2\cdot 1=83⋅2+2⋅1=8 und 2−1=12-1=12−1=1 stimmen.

Ergebnis: Lösungspaar: (x ∣ y)=(2 ∣ 1)(x\,|\,y)=(2\,|\,1)(x∣y)=(2∣1).

Schritt-für-Schritt Erklärung3 Schritte
  1. 1

    Schreib das System zunächst in eine übersichtliche Form mit gleich ausgerichteten Variablen.

  2. 2

    Eliminiere eine Variable durch geschicktes Addieren oder Einsetzen.

  3. 3

    Setze den gefundenen Wert in die einfachere Gleichung ein und kontrolliere am Schluss mit beiden Originalgleichungen.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank4 Punkte

Aufgabenstellung

Eine Schüler*innengruppe kauft 4 Bleistifte und 3 Hefte um 7,507{,}507,50 Euro; eine zweite Gruppe kauft 2 Bleistifte und 5 Hefte um 9,009{,}009,00 Euro. Bestimme den Stückpreis für einen Bleistift bzw. ein Heft.

Maturafokus

  • Markiere bei Textaufgaben sofort die Variablen und schreibe die Gleichungen explizit auf.
  • Prüfe die Determinante eines 2-mal-2-Systems: ist sie Null, muss eine Fallunterscheidung gemacht werden.
  • Bei Kontextaufgaben am Ende immer die Lösung in Worten interpretieren.

Typische Fehler

  • Lösung wird nur in einer Variablen gegeben, ohne die andere zu berechnen.
  • Vorzeichenfehler beim Addieren der Gleichungen.
  • Bei drei Gleichungen wird eine Variable nicht konsequent eliminiert.

Aktive Wiederholung

Löse das System {2x+3y=12x+y=5\begin{cases}2x+3y=12\\ x+y=5\end{cases}{2x+3y=12x+y=5​ mit dem Additionsverfahren.

Aktiv abrufen

Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: Mathago Lernpfad lineare Gleichungssysteme (Mathago)

§ 04

Bruch-, Wurzel- und Betragsgleichungen#

●●●VertiefungLPAG-2.1LPAG-2.2

Wurzelgleichung als Schnittpunkt zweier Graphen

Wurzelgleichung √(2x+3) = xSchaubild von √(2x+3), Nullstellen bei x = -1.5, y-Achsenabschnitt bei y = 1.732, steigend, im Bereich x von -1.5 bis 4.5, Schaubild von y = x, Nullstellen bei x = 0, y-Achsenabschnitt bei y = 0, steigend, im Bereich x von -1.5 bis 4.5−11234−112345x = 3Lösung√(2x+3)y = xyx
Abb. 5Die Lösung von 2x+3=x\sqrt{2x+3}=x2x+3​=x ist der einzige Schnittpunkt von y=2x+3y=\sqrt{2x+3}y=2x+3​ und y=xy=xy=x bei x=3x=3x=3; der beim Quadrieren entstehende Wert x=−1x=-1x=−1 ist eine Scheinlösung.

Kernpunkte

Diese Gleichungstypen teilen ein gemeinsames Problem: Beim Umformen kann sich der Lösungsumfang ändern. Deshalb steht am Anfang stets die Definitionsmenge und am Ende stets die Probe - beides ist beurteilungsrelevant.
Bruchgleichungen multipliziert man mit dem Hauptnenner und löst die entstehende polynomiale Gleichung; jede Nullstelle eines Nenners ist aus der Lösungsmenge auszuschließen, weil dort der ursprüngliche Term gar nicht definiert ist.
Wurzelgleichungen löst man, indem man die Wurzel isoliert und quadriert. Das Quadrieren ist keine Äquivalenzumformung - es kann Scheinlösungen erzeugen -, daher muss jede gefundene Lösung durch Einsetzen in die Originalgleichung bestätigt werden.
Betragsgleichungen ∣x−a∣=b|x-a|=b∣x−a∣=b (mit b≥0b\ge 0b≥0) zerfallen in die zwei Fälle x−a=bx-a=bx−a=b und x−a=−bx-a=-bx−a=−b; die Lösungsmenge ist die Vereinigung beider. Für b<0b<0b<0 gibt es keine Lösung, weil ein Betrag nie negativ wird.
Quadratische Ungleichungen löst man über die Nullstellen und eine Vorzeichentabelle: Zwischen den Nullstellen wechselt ax2+bx+cax^{2}+bx+cax2+bx+c das Vorzeichen, und man liest ab, in welchen Intervallen die Ungleichung erfüllt ist.
In Sachkontexten ist nach dem Rechnen immer die Zulässigkeit zu prüfen - negative Strecken, gebrochene Stückzahlen oder Zeiten vor dem Start scheiden aus, auch wenn sie die Gleichung formal erfüllen.
∣x−a∣=b  ⇔  x=a+b  ∨  x=a−b  fu¨r  b≥0|x-a|=b\;\Leftrightarrow\;x=a+b\;\lor\;x=a-b\;\text{für}\;b\geq 0∣x−a∣=b⇔x=a+b∨x=a−bfu¨rb≥0

Betragsgleichung

Musterbeispiel

Wurzelgleichung mit Probe

Löse 2x+3=x\sqrt{2x+3}=x2x+3​=x.

  1. 01Definitionsbereich

    Argument der Wurzel: 2x+3≥0⇒x≥−1,52x+3\geq 0\Rightarrow x\geq -1{,}52x+3≥0⇒x≥−1,5; rechte Seite verlangt x≥0x\geq 0x≥0.

  2. 02Quadrieren

    2x+3=x2⇒x2−2x−3=02x+3=x^{2}\Rightarrow x^{2}-2x-3=02x+3=x2⇒x2−2x−3=0.

  3. 03Lösungsformel

    x1,2=2±4+122=2±42x_{1,2}=\dfrac{2\pm\sqrt{4+12}}{2}=\dfrac{2\pm 4}{2}x1,2​=22±4+12​​=22±4​, also x1=3x_{1}=3x1​=3 oder x2=−1x_{2}=-1x2​=−1.

  4. 04Probe

    x=3x=3x=3: 9=3\sqrt{9}=39​=3, ✓\checkmark✓. x=−1x=-1x=−1: 1=1≠−1\sqrt{1}=1\neq -11​=1=−1, unzulässig.

Ergebnis: Einzige Lösung: x=3x=3x=3.

Schritt-für-Schritt Erklärung3 Schritte
  1. 1

    Schreib zuerst den Definitionsbereich auf und merke ihn dir bis zum Schluss.

  2. 2

    Isoliere die Wurzel oder den Bruch, bevor du quadrierst oder mit dem Nenner multiplizierst.

  3. 3

    Setze jede potenzielle Lösung zurück in die Originalgleichung ein - Quadrieren erzeugt Scheinwurzeln.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank3 Punkte

Aufgabenstellung

Bestimme die Lösungsmenge der quadratischen Ungleichung x2−x−6≤0x^{2}-x-6\le 0x2−x−6≤0 in R\mathbb{R}R.

Maturafokus

  • Definitionsbereich vor jeder Umformung explizit notieren.
  • Bei Wurzelgleichungen die Probe nicht vergessen, um Scheinwurzeln zu eliminieren.
  • Bei Betragsausdrücken die kritischen Stellen ∣x−a∣=0|x-a|=0∣x−a∣=0 als Fallgrenzen verwenden.

Typische Fehler

  • Quadrieren wird ohne Probe durchgeführt.
  • Definitionsbereich wird nicht eingeschränkt, Lösung enthält dadurch unzulässige Werte.
  • Bei Beträgen wird nur ein Fall behandelt.

Aktive Wiederholung

Löse x+5=x−1\sqrt{x+5}=x-1x+5​=x−1 und gib die zulässigen Lösungen an.

Aktiv abrufen

Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: IQS Grundkompetenzkatalog (IQS)

§ 05

Exponentialgleichungen lösen#

●●○StandardLPAG-2.1

Exponentialgleichung grafisch lösen

Exponentialgleichung 2ˣ = 8 grafisch lösenSchaubild von y = 2ˣ, y-Achsenabschnitt bei y = 1, steigend, im Bereich x von -0.5 bis 4, Schaubild von y = 8, y-Achsenabschnitt bei y = 8, im Bereich x von -0.5 bis 41234246810x = 3Lösungy = 2ˣy = 8yx
Abb. 6Die Lösung von 2x=82^{x}=82x=8 ist die xxx-Koordinate des Schnittpunkts der Kurve y=2xy=2^{x}y=2x mit der Ziellinie y=8y=8y=8 - hier x=3x=3x=3.

Kernpunkte

Bei Exponentialgleichungen steht die Unbekannte im Exponenten, etwa a⋅bx=ca\cdot b^{x}=ca⋅bx=c. Grafisch sucht man den Schnittpunkt der Exponentialkurve y=a⋅bxy=a\cdot b^{x}y=a⋅bx mit der waagrechten Ziellinie y=cy=cy=c - die Abbildung zeigt das am einfachen Fall 2x=82^{x}=82x=8 mit der Lösung x=3x=3x=3.
Rechnerisch isoliert man zuerst die reine Potenz und logarithmiert dann, denn der Logarithmus ist die Umkehrung der Exponentialfunktion: Aus a⋅bx=ca\cdot b^{x}=ca⋅bx=c wird x=ln⁡(c/a)ln⁡bx=\tfrac{\ln(c/a)}{\ln b}x=lnbln(c/a)​.
Stehen beide Seiten als Potenz derselben Basis, geht es noch direkter über den Exponentenvergleich bx=by⇒x=yb^{x}=b^{y}\Rightarrow x=ybx=by⇒x=y - so löst man 2x=8=232^{x}=8=2^{3}2x=8=23 sofort zu x=3x=3x=3.
In Wachstums- und Zerfallsmodellen ist das Logarithmieren der Schlüssel zur gesuchten Zeit: Verdopplungszeit t=ln⁡2ln⁡bt=\tfrac{\ln 2}{\ln b}t=lnbln2​ (bzw. ln⁡2k\tfrac{\ln 2}{k}kln2​ bei stetigem Wachstum), Halbwertszeit analog mit ln⁡12\ln\tfrac{1}{2}ln21​.
Eine Exponentialfunktion bxb^{x}bx mit b>0b>0b>0 ist immer positiv; eine Gleichung wie bx=−5b^{x}=-5bx=−5 hat also keine Lösung. Im Sachkontext verwirft man außerdem Ergebnisse, die etwa eine negative Zeit bedeuten würden.
Anschaulich macht der Logarithmus aus der sperrigen Frage „mit welchem Exponenten?" eine einfache Division zweier Logarithmen - dieselbe Idee trägt später die Logarithmusfunktion und die Ableitung von ex\mathrm{e}^{x}ex (Themen FA, AN).
a⋅bx=c  ⇔  x=ln⁡(c/a)ln⁡ba\cdot b^{x}=c\;\Leftrightarrow\;x=\dfrac{\ln(c/a)}{\ln b}a⋅bx=c⇔x=lnbln(c/a)​

Lösung der Exponentialgleichung

Musterbeispiel

Verdopplungszeit bestimmen

Ein Kapital wächst mit Faktor 1,051{,}051,05 pro Jahr. Nach wie vielen Jahren hat es sich verdoppelt?

  1. 01Ansatz

    Verdopplung bedeutet 1,05x=21{,}05^{x}=21,05x=2.

  2. 02Logarithmieren

    x⋅ln⁡(1,05)=ln⁡2x\cdot\ln(1{,}05)=\ln 2x⋅ln(1,05)=ln2, also x=ln⁡2ln⁡1,05x=\dfrac{\ln 2}{\ln 1{,}05}x=ln1,05ln2​.

  3. 03Numerisch

    x≈14,21x\approx 14{,}21x≈14,21 Jahre.

Ergebnis: Nach rund 14,214{,}214,2 Jahren ist das Kapital verdoppelt.

Schritt-für-Schritt Erklärung3 Schritte
  1. 1

    Bei Exponentialgleichungen steht die Unbekannte im Exponenten und wird durch Logarithmieren befreit.

  2. 2

    Isoliere zuerst die Potenz, dann setze den Logarithmus auf beiden Seiten an.

  3. 3

    Die Verdopplungszeit folgt aus dem Ansatz, dass der Wachstumsfaktor hoch der Zeit gleich zwei ist.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank3 Punkte

Aufgabenstellung

Ein Bestand wächst gemäß N(t)=500⋅1,04tN(t)=500\cdot 1{,}04^{t}N(t)=500⋅1,04t (ttt in Jahren). Berechne, nach wie vielen Jahren der Bestand erstmals 750750750 überschreitet.

Maturafokus

  • Potenz vor dem Logarithmieren vollständig isolieren.
  • Verdopplungs- und Halbwertszeit als Standardanwendung sicher beherrschen.
  • Ergebnis im Sachkontext interpretieren (Zeit in Jahren, Stückzahl, Konzentration).

Typische Fehler

  • Logarithmieren, bevor die Potenz isoliert ist.
  • Bei a⋅bx=ca\cdot b^{x}=ca⋅bx=c den Faktor aaa in den Logarithmus gezogen.
  • Basiswechsel falsch herum angewendet.

Aktive Wiederholung

Löse 4⋅1,08x=204\cdot 1{,}08^{x}=204⋅1,08x=20 nach xxx und interpretiere das Ergebnis als Anzahl von Verzinsungsperioden.

Aktiv abrufen

Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: IQS Exponentialgleichungen AHS (IQS)

§ 06

Textaufgaben und Modellierung mit Gleichungen#

●●○StandardLPAG-2.1LPAG-2.3

Modellierung: Schnittpunkt als Break-even

Break-even zweier KostenmodelleSchaubild von K₁ = 20 + 0,10x, y-Achsenabschnitt bei y = 20, steigend, im Bereich x von 0 bis 160, Schaubild von K₂ = 0,30x, Nullstellen bei x = 0, y-Achsenabschnitt bei y = 0, steigend, im Bereich x von 0 bis 1602040608010012014016010203040x = 100Break-evenK₁ = 20 + 0,10xK₂ = 0,30xKostenMenge x
Abb. 7Zwei Kostenmodelle K1(x)=20+0,10xK_{1}(x)=20+0{,}10xK1​(x)=20+0,10x und K2(x)=0,30xK_{2}(x)=0{,}30xK2​(x)=0,30x sind bei x=100x=100x=100 Einheiten gleich teuer - der Schnittpunkt ist die gesuchte Break-even-Menge.

Kernpunkte

Modellieren heißt, eine in Worten beschriebene Situation in eine Gleichung oder ein Gleichungssystem zu übersetzen, sie zu lösen und das Ergebnis wieder in die Sprache der Aufgabe zurückzuübersetzen.
Der verlässliche Ablauf hat fünf Schritte: relevante Größen benennen, eine Variable festlegen, jede beschriebene Beziehung als Gleichung formulieren, lösen und schließlich im Sachkontext interpretieren.
Viele Aufgaben folgen wiederkehrenden Standardansätzen: Mischungsaufgaben über „Menge mal Anteil", Bewegungsaufgaben über s=v⋅ts=v\cdot ts=v⋅t, Zinsaufgaben über den Wachstumsfaktor. Erkennt man den Typ, ist die Gleichung halb aufgestellt.
Einheiten müssen über die gesamte Rechnung konsistent geführt werden - Stunden nicht mit Minuten, Meter nicht mit Kilometern mischen -, sonst stimmt das Ergebnis zahlenmäßig nicht.
Nicht jede mathematische Lösung ist im Sachkontext zulässig: negative Längen, gebrochene Stückzahlen oder Zeiten vor dem Start werden verworfen, auch wenn sie die Gleichung erfüllen.
Die Antwort gehört als vollständiger Satz mit Einheit formuliert; gerade in Typ-2-Aufgaben gibt es Punkte für die Interpretation, nicht nur für die Zahl - die Rückübersetzung in den Kontext ist Teil der Leistung.
Beziehung  ⇒  Gleichung  ⇒  Lo¨sung  ⇒  Interpretation\text{Beziehung}\;\Rightarrow\;\text{Gleichung}\;\Rightarrow\;\text{Lösung}\;\Rightarrow\;\text{Interpretation}Beziehung⇒Gleichung⇒Lo¨sung⇒Interpretation

Ablauf der Modellierung

Musterbeispiel

Altersaufgabe modellieren

Der Vater ist dreimal so alt wie der Sohn; in 101010 Jahren nur doppelt so alt. Bestimme beide Alter.

  1. 01Variable

    Sohn heute xxx Jahre, Vater 3x3x3x Jahre.

  2. 02Gleichung

    In 101010 Jahren: 3x+10=2(x+10)3x+10=2(x+10)3x+10=2(x+10).

  3. 03Lösen

    3x+10=2x+20⇒x=103x+10=2x+20\Rightarrow x=103x+10=2x+20⇒x=10.

Ergebnis: Der Sohn ist 101010, der Vater 303030 Jahre alt.

Schritt-für-Schritt Erklärung3 Schritte
  1. 1

    Lies den Text und benenne zuerst die gesuchte Größe als Variable.

  2. 2

    Übersetze jede beschriebene Beziehung in eine Gleichung und achte auf die Einheiten.

  3. 3

    Prüfe die Lösung am Sachkontext und formuliere die Antwort als vollständigen Satz.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank3 Punkte

Aufgabenstellung

Anbieter A verlangt 20 € Grundgebühr plus 0,10 € je Einheit, Anbieter B nur 0,30 € je Einheit. Stelle beide Kostenfunktionen auf und berechne, ab welcher Einheitenzahl Anbieter A günstiger ist.

Maturafokus

  • Variable klar definieren und die Bedeutung dokumentieren.
  • Lösung am Sachkontext prüfen und unzulässige Werte begründen.
  • Antwort als vollständiger Satz mit Einheit formulieren.

Typische Fehler

  • Variable nicht definiert, dadurch unklare Gleichung.
  • Einheiten gemischt (Stunden und Minuten in derselben Gleichung).
  • Negative oder unsinnige Lösung übernommen, ohne den Kontext zu prüfen.

Aktive Wiederholung

Ein Vater ist dreimal so alt wie sein Sohn; in 101010 Jahren nur noch doppelt so alt. Stelle eine Gleichung auf und bestimme die heutigen Alter.

Aktiv abrufen

Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: Mathago Modellierungsaufgaben (Mathago)

Inhalt

Abschnitt -- / 06

    • 01Lineare Gleichungen und Ungleichungen○
    • 02Quadratische Gleichungen und Satz von Vieta◐
    • 03Lineare Gleichungssysteme◐
    • 04Bruch-, Wurzel- und Betragsgleichungen●
    • 05Exponentialgleichungen lösen◐
    • 06Textaufgaben und Modellierung mit Gleichungen◐

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Aus den Notizen ins Training

AG 2 - Gleichungen, Ungleichungen und Gleichungssysteme

Festige dieses Thema an passenden Aufgaben aus der Fragenbank.

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3
Kompetenzen
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Beispielfrage

Gegeben ist die Gleichung a⋅x+b=c⋅x+da\cdot x+b=c\cdot x+da⋅x+b=c⋅x+d mit a≠ca\neq ca=c. Drücke xxx allgemein durch aaa, bbb, ccc und ddd aus.

3 BE · 2023

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Belege & Quellen

Quellen

BMBWF

  • AHS-Lehrplan Mathematik - Algebra und Geometrie

IQS

  • IQS SRDP Grundkompetenzen Algebra

Mathago

  • Mathago Lernpfad lineare Gleichungssysteme

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