Mathe LGS und ganzrationale Funktionen lösen?

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Hallo Lumpenjunge!

Der Graph einer ganzrationalen Funktion 4. Grades verläuft achsensymmetrisch zur y-Achse.

Du hast es bereits richtig erkannt. Die Funktion ist achsensymmetrisch und somit fallen alle ungeraden Exponenten mit Variable weg, also hier das eigentliche bx³.

f(x) = ax⁴ + bx² + c

Die x-Achse wird bei x=1 und die y-Achse bei y=9 geschnitten.

Damit hast du einmal eine Nullstelle bei x = 1 und einen y-Achsenabschnitt bei y = 9.

Gleichzeitig hast du ebenso eine Nullstelle bei x = -1, weil die Funktion ja achsensymmetrisch, also an der y-Achse gespielten ist.

In mathematischen Bedingungen sieht das so aus:

Nullstelle bei x = 1:

--> f(1) = 0

f(1) = a*1⁴ + b*1² + c

I. a+ b + c = 0

Das wäre deine erste Funktion.

Nullstelle bei x = -1:

--> f(-1) = 0

f(-1) = a*(-1)⁴ + b*(-1)² + c 

II. a + b + c = 0

Diese Funktion ist also identisch zur 1. Funktion.

y-Achsenabschnitt bei y = 9

--> f(0) = 9

f(0) = a*0⁴ + b*0² + c

c = 9

Damit hast du die 3. Unbekannte bereits herausgefunden! Dir fehlt nun also nur noch a und b.

Wir haben also nun folgendes LGS:

I. a+ b + c = 0

II. a+ b + c = 0

III. c = 9

Das c könntest du auch weglassen.

Wenn ich das nun in meinen GTR eingebe erhalten wir logischerweise unendlich viele Lösungen:

a = -9 - b

b = b

c = 9

Das heißt für mich, du kannst dir bei b einen beliebigen Wert aussuchen.

Diesen musst du dann bei a noch einsetzen.

● ● ● ● Beispiel 1 ● ● ● ●

Nehmen wir als Beispiel mal b = -2:

a = -9 - (-2)

a = -7

b = -2

c = 9

Folgende Funktion ergibt sich daraus (siehe auch Bild 1):

►► f(x) = -7x⁴ - 2x² + 9

Es sind also unendlich viele Funktionen möglich!

● ● ● ● Beispiel 2 ● ● ● ●

b = -5

a = -9 - (-5)

a = -4

c = 9

►► f(x) = -4x⁴ - 5x² + 9

Siehe auch Bild 2.

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Bei Fragen und Anmerkungen kannst du dich einfach melden! :)

Liebe Grüße

TechnikSpezi

Graph der Funktion f(x) = -7x⁴ - 2x² + 9 - (Schule, Mathematik, ganzrationale Funktionen) Graph der Funktion f(x) = -4x⁴ - 5x² + 9 - (Schule, Mathematik, ganzrationale Funktionen)

"Sauge" dir so viele Informationen aus der Aufgabenstellung raus wie möglich:

Der Graph einer ganzrationalen Funktion 4. Grades

Eine ganzrationale Funktion vierten Grades hat folgende Form:
f(x) = ax⁴ + bx³ + cx² + dx + e

Damit hast du schon mal ein Grundgerüst deiner Funktionsgleichung.

verläuft achsensymmetrisch zur y-Achse.

Mathematisch bedeutet das, f(x) = f(-x), anschaulich, dass die Funktionsgleichung nur Glieder mit geraden Exponenten hat - denn wenn eine Zahl quadriert/mit 4/6/8/... potenziert wird, verlieren wir das Vorzeichen, da beispielsweise (-2)² = 2² - es ist egal, welches Vorzeichen die Basis hat(te).

Die Gleichung nur mit geraden Exponenten sieht so aus (0 ist gerade):
f(x) = ax⁴ + cx² + e

Die x-Achse wird bei x=1 [...] geschnitten

Ein Schnittpunkt mit der x-Achse ist eine Nullstelle, also gilt:
f(1) = 0 bzw. a + c + e = 0

und die y-Achse [wird] bei y=9 geschnitten.

Schnittpunkte mit der y-Achse liegen bei f(0), sie sind der Funktionswert an der Stelle x = 0.

Daraus folgt f(0) = 9 bzw. a*0⁴ + c*0² + e = 9 ⇔ e = 9

Also sind wir durch mit der Aufgabenstellung und haben:

f(x) = ax⁴ + cx² + 9 mit a + c = -9

Das sind zwei Gleichungen mit drei Unbekannten (f(x), a und c).

So ein Gleichungssystem ist nicht eindeutig lösbar, es gibt unendlich viele Lösungen.

Wenn du eine Lösungsmenge mit den Lösungstupeln (a | c) für das Gleichungssystem angeben musst, dann ist das die folgende:

IL = {(a | c) | a + c = -9}

Es gibt aber keine eindeutige Lösungsfunktion für diese Bedingungen, sondern eine ganze Funktionsschar.

LG Willibergi

Wende Substitution an. Sprich für x^4 = a^2 und x^2 = a.

Das "a" ist hier nur eine andere variable, damit du die gleichung der sub. nicht mit der eigentlichen verwechselst. Ausrechnen, einsetzen, gleichsetzen. Fertig.

Aus deiner Gleichung 0=a+b+9 lässt sich ableiten, dass b=-a-9. Die Funktionsgleichung lautet also:

f(x) = ax^4 + (-a-9)x^2 + 9
f(x) = ax^4 - (a+9)x^2 + 9

Mit den gegebenen Informationen lässt sich dies nicht weiter vereinfachen. Anders ausgedrückt: man könnte hier jede beliebige reelle Zahl für a einsetzen, die Funktion würde immer alle gegebenen Bedingungen erfüllen.


Lumpenjunge 
Fragesteller
 27.01.2017, 15:43

f(x) = ax^4 + (-a-9)x^2 + 9
f(x) = ax^4 - (a+9)x^2 + 9  <- doofe Frage aber wieso sind hier die Vorzeichen anders?

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Saphir7014  27.01.2017, 15:45
@Lumpenjunge

-(a+9)

Hier steht ein - vor der Klammer. Das ist im Grunde nur eine Kurzschreibweise für (-1)*(a+9). Bei einer Multiplikation mit einer eingeklammerten Summe gilt das Distributivgesetz:

a*(b+c) = a*b+a*c

In diesem Fall:

(-1)*(a+9) 0 (-1)*a+(-1)*9 = (-a)+(-9) = -a-9

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Lumpenjunge 
Fragesteller
 27.01.2017, 15:49
@Saphir7014

Es tut mir leid, aber irgendwie steh ich gerade derbe auf dem Schlauch mal(-1) hast du wegen Additionsverfahren gemacht?

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Saphir7014  27.01.2017, 15:54
@Lumpenjunge

Nein, das Additionsverfahren habe ich gar nicht verwendet. Wie gesagt lässt sich die Gleichung 0=a+b+9 nicht nach allen Variablen auflösen. Es hätte also gar keinen Sinn, das Additionsverfahren anzuwenden. Das einzige, was hier noch möglich ist, ist, von zwei Unbekannten zu einer zu kommen.

0=a+b+9
-9=a+b
-9-a=b

Das habe ich dann in die allgemeine Form für die Funktionsgleichung eingesetzt:

f(x)=ax^4+bx^2+9
f(x)=ax^4+(-a-9)x^2+9

Das ist im Wesentlichen alles. Die letzte Umformung hatte keinen wirklichen Effekt mehr, sie macht die Gleichung nur etwas schöner (finde ich zumindest):

f(x)=ax^4+(-9-a)x^2+9
f(x)=a^4-(9+a)x^2+9

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Lumpenjunge 
Fragesteller
 27.01.2017, 15:59
@Saphir7014

Danke <3, bei sowas frage ich mich, wie ich eine 1 bekommen hab xD

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Du hast noch einen Punkt: Bei -1 ist der y-Wert auch 0,
wegen der Achsensymmetrie. 3 Punkte, 3 Variablen.
Passt.


Lumpenjunge 
Fragesteller
 27.01.2017, 15:39

also auch 0= a+b+9 ?

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