Lösung 3.4:2b
Aus Online Mathematik Brückenkurs 1
(englisches Wort) |
|||
| (Der Versionsvergleich bezieht eine dazwischen liegende Version mit ein.) | |||
| Zeile 1: | Zeile 1: | ||
| - | Wir schreiben die Gleichung | + | Wir schreiben die Gleichung als |
{{Abgesetzte Formel||<math>\bigl(e^{x}\bigr)^{2} + e^{x} = 4</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>\bigl(e^{x}\bigr)^{2} + e^{x} = 4</math>}} | ||
| - | und sehen dass <math>x</math> nur in den <math>e^{x}</math>-Termen vorkommt | + | und sehen, dass <math>x</math> nur in den <math>e^{x}</math>-Termen vorkommt. Daher betrachten wir <math>e^{x}</math> als unbekannte Variable. Wenn wir <math>e^{x}</math> bestimmt haben, bestimmen wir <math>x</math>, indem wir die Gleichung logarithmieren. |
| - | Um die Rechnungen zu vereinfachen, schreiben wir <math>t=e^{x}</math> | + | Um die Rechnungen zu vereinfachen, schreiben wir <math>t=e^{x}</math> und erhalten so die Gleichung |
{{Abgesetzte Formel||<math>t^{2}+t=4</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>t^{2}+t=4</math>}} | ||
| Zeile 19: | Zeile 19: | ||
Die Wurzeln sind also zwei mögliche Werte für <math>e^{x}</math>, | Die Wurzeln sind also zwei mögliche Werte für <math>e^{x}</math>, | ||
| - | {{Abgesetzte Formel||<math>e^{x}=-\frac{1}{2}-\frac{\sqrt{17}}{2}\qquad\text{ | + | {{Abgesetzte Formel||<math>e^{x}=-\frac{1}{2}-\frac{\sqrt{17}}{2}\qquad\text{oder}\qquad e^{x} = -\frac{1}{2}+\frac{\sqrt{17}}{2}\,\textrm{.}</math>}} |
| - | Im ersten Fall ist die rechte Seite der Gleichung negativ, und nachdem die | + | Im ersten Fall ist die rechte Seite der Gleichung negativ, und nachdem die linke Seite immer positiv ist, hat diese Gleichung keine Lösung. |
| - | Im anderen Fall sind aber beide Seiten positiv, und wir logarithmieren beide Seiten | + | Im anderen Fall sind aber beide Seiten positiv, und wir logarithmieren beide Seiten und erhalten |
{{Abgesetzte Formel||<math>x=\ln \Bigl(\frac{\sqrt{17}}{2}-\frac{1}{2}\Bigr)\,\textrm{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>x=\ln \Bigl(\frac{\sqrt{17}}{2}-\frac{1}{2}\Bigr)\,\textrm{.}</math>}} | ||
| - | Hinweis: In diesem Fall ist es schwierig die Lösung in der ursprünglichen Gleichung zu testen. Statt dessen testen wir ob <math>t=\sqrt{17}/2-1/2</math> die Gleichung <math>t^2+t=4</math> erfüllt | + | Hinweis: In diesem Fall ist es schwierig, die Lösung in der ursprünglichen Gleichung zu testen. Statt dessen testen wir, ob <math>t=\sqrt{17}/2-1/2</math> die Gleichung <math>t^2+t=4</math> erfüllt: |
{{Abgesetzte Formel||<math>\begin{align} | {{Abgesetzte Formel||<math>\begin{align} | ||
Aktuelle Version
Wir schreiben die Gleichung als
| \displaystyle \bigl(e^{x}\bigr)^{2} + e^{x} = 4 |
und sehen, dass \displaystyle x nur in den \displaystyle e^{x}-Termen vorkommt. Daher betrachten wir \displaystyle e^{x} als unbekannte Variable. Wenn wir \displaystyle e^{x} bestimmt haben, bestimmen wir \displaystyle x, indem wir die Gleichung logarithmieren.
Um die Rechnungen zu vereinfachen, schreiben wir \displaystyle t=e^{x} und erhalten so die Gleichung
| \displaystyle t^{2}+t=4 |
Diese quadratische Gleichung lösen wir durch quadratische Ergänzung,
| \displaystyle t^{2}+t = \Bigl( t+\frac{1}{2} \Bigr)^{2}-\Bigl( \frac{1}{2} \Bigr)^{2} = \Bigl( t+\frac{1}{2} \Bigr)^{2} - \frac{1}{4}\,, |
und wir erhalten
| \displaystyle \Bigl(t+\frac{1}{2}\Bigr)^{2} - \frac{1}{4} = 4\quad \Leftrightarrow \quad t = -\frac{1}{2}\pm \frac{\sqrt{17}}{2}\,\textrm{.} |
Die Wurzeln sind also zwei mögliche Werte für \displaystyle e^{x},
| \displaystyle e^{x}=-\frac{1}{2}-\frac{\sqrt{17}}{2}\qquad\text{oder}\qquad e^{x} = -\frac{1}{2}+\frac{\sqrt{17}}{2}\,\textrm{.} |
Im ersten Fall ist die rechte Seite der Gleichung negativ, und nachdem die linke Seite immer positiv ist, hat diese Gleichung keine Lösung. Im anderen Fall sind aber beide Seiten positiv, und wir logarithmieren beide Seiten und erhalten
| \displaystyle x=\ln \Bigl(\frac{\sqrt{17}}{2}-\frac{1}{2}\Bigr)\,\textrm{.} |
Hinweis: In diesem Fall ist es schwierig, die Lösung in der ursprünglichen Gleichung zu testen. Statt dessen testen wir, ob \displaystyle t=\sqrt{17}/2-1/2 die Gleichung \displaystyle t^2+t=4 erfüllt:
| \displaystyle \begin{align}
\text{Linke Seite} &= \Bigl(\frac{\sqrt{17}}{2}-\frac{1}{2}\Bigr)^2 + \Bigl(\frac{\sqrt{17}}{2}-\frac{1}{2}\Bigr)\\[5pt] &= \frac{17}{4}-2\cdot \frac{1}{2}\cdot \frac{\sqrt{17}}{2}+\frac{1}{4}+\frac{\sqrt{17}}{2}-\frac{1}{2}\\[5pt] &= \frac{17}{4}+\frac{1}{4}-\frac{1}{2}\\[5pt] &= \frac{17+1-2}{4}\\[5pt] &=\frac{16}{4}\\[5pt] &= 4\\[5pt] &= \text{Rechte Seite.} \end{align} |
