Lösungswege Mathematik Oberstufe 7, Schülerbuch

259 11.4 Fundamentalsatz der Algebra Lernziel: º Den Fundamentalsatz der Algebra kennen und seine Bedeutung bei der Zahlenbereichserweiterung von ​ℝ ​auf ​ℂ ​erläutern können (AG-L 2.8) Grundkompetenz für die schriftliche Reifeprüfung: FA-R 4.4 D en Zusammenhang zwischen dem Grad der Polynomfunktion und der Anzahl der Nullstellen […] wissen [Erkennen des Fundamentalsatzes der Algebra] Nach dem Satz von Vieta kann man den quadratischen Term der Gleichung x​ ​2 ​+ p x + q = 0​ (​p, q ∈ ℝ)​ mit den Lösungen ​x​1​und ​x​2 ​in ein Produkt von Linearfaktoren zerlegen. Es gilt: ​x​2 ​+px+q=​(x − ​x ​ 1​)​(x − ​x ​2​).​ Für die Lösungen können drei Fälle unterschieden werden: 1) ​x ​1 ​≠ ​x ​2 ​∈ ℝ​, d.h. es gibt zwei verschiedene reelle Lösungen. 2) ​x ​1 ​= ​x ​2 ​∈ ℝ​, d.h. es gibt eine reelle Doppellösung. 3) x​ ​1​und ​x​2 ​sind zwei konjugiert komplexe Zahlen. Zerlege den quadratischen Term der Gleichung in ein Produkt von Linearfaktoren. a) ​3 ​x ​2 ​+ 17 x − 28 = 0​ b) ​x ​2 ​− 22x +121 = 0​ c) ​x ​2 ​− 2 x + 10 = 0​ Man hebt gegebenenfalls den Koeffizienten des quadratischen Gliedes heraus und setzt für p bzw. q die entsprechenden Werte in die „kleine Lösungsformel“ für quadratische Gleichungen der Art x​ ​2 ​+ p x + q = 0​ein: ​x​ 1 ​= − ​ p _ 2 ​− ​9 _​ ( ​ p _ 2 ​) ​ 2 ​− q​ bzw. ​x​2 ​= − ​ p _ 2 ​+ ​9 _​ ( ​ p _ 2 ​) ​ 2 ​− q ​ a) Es ist ​3 x​ ​2 ​+ 17 x − 28 = 3​(​x ​2 ​+ ​17 _ 3 ​x − ​ 28 _ 3 ​)​. Für p​ = ​ 17 _ 3 ​und ​q = − ​ 28 _ 3 ​erhält man ​x ​1 ​= − ​ 17 _ 6 ​− ​9 _​ ( ​17 _ 6 ​) ​ 2 ​+ ​28 _ 3 ​ = − 7​ bzw. ​x​2 ​= − ​ 17 _ 6 ​+ ​9 _​ ( ​17 _ 6 ​) ​ 2 ​+ ​28 _ 3 ​ = ​ 4 _ 3.​ Damit ergibt sich die Zerlegung 3​ ​x​2 ​+ 17 x − 28 = 3​(x + 7)​(x − ​4 _ 3​).​ b) Für p​ = − 22​und ​q = 121​erhält man: ​x​1 ​= 11 − ​ 9 _​11 ​ 2 ​− 121​= 11​ bzw. x​ ​2 ​= 11 + ​ 9 _​11 ​ 2 ​− 121​= 11​. Es gilt dann: ​x​2 ​− 22 x + 121 = ​(x − 11)​(x − 11) ​= ​(x − 11) ​2​ c) Für p​ = − 2​und q​ = 10​erhält man ​x​1 ​= 1 − ​ 9 _​1 ​ 2 ​− 10 ​= 1 − ​9 _ − 9 ​= 1 − 3 i​ bzw. ​x ​2 ​= 1 + ​ 9 _​1 ​ 2 ​− 10​=1+​9 _ − 9​= 1 + 3 i​. Es gilt dann: ​x​2 ​− 2 x + 10 = ​(x − 1 + 3 i)​(x − 1 − 3 i)​ Zerlege den quadratischen Term der Gleichung in ein Produkt von Linearfaktoren. a) 4​ ​x ​2 ​+ 12 x + 9 = 0​ b) ​x ​2 ​− 4 x + 5 = 0​ c) ​5 ​x ​2 ​− 53 x − 84 = 0​ d) ​x ​2 ​− 10 x + 29 = 0​ Betrachtet man die allgemeine quadratische Funktion f​​(x) ​= ​a x​2 ​+ b x + c​(mit ​a, b, c ∈ ℝ​, ​a ≠ 0)​, gibt es nach den obigen Überlegungen entweder zwei verschiedene reelle Nullstellen, eine reelle Doppelnullstelle bzw. keine Schnittstellen mit der waagrechten Koordinatenachse. Eine algebraische Gleichung ​a ​x​3 ​+ ​b x​2 ​+ c x + d = 0​bzw. eine Polynomfunktion f​​(x) ​= ​a x​3 ​+ ​b x​2 ​+ c x + d​dritten Grades mit den reellen Koeffizienten a (≠​ 0​), b, c und d kann nun drei Lösungen bzw. Nullstellen x​ ​1,​ ​x ​2​und ​x​3 ​haben, und es kann nach dem Satz von Vieta gefolgert werden: a​ ​x​3 ​+ ​b x​2 ​+ c x + d = a​(x − ​x ​ 1​)​(x − ​x ​2​)​(x − ​x ​3​)​ Für die Lösungen können von dieser Zerlegung ausgehend folgende Fälle unterschieden werden: 1) x​ ​1 ​≠ ​x ​2 ​≠ ​x ​3 ​∈ ℝ​, d.h. es gibt drei verschiedene reelle Lösungen. 2) ​x ​1 ​= ​x ​2 ​= ​x ​3 ​∈ ℝ​, d.h. es gibt eine dreifache reelle Lösung. 3) ​x ​1 ​= ​x ​2 ​∈ ℝ​, ​x ​3 ​∈ ℝ ​und ​x​3​ ≠ ​x ​1, 2​, d.h. es gibt zwei reelle Lösungen mit einer Doppellösung. 4) x​ ​1 ​∈ ℝ​, ​x ​2​und ​x​3 ​sind zwei konjugiert komplexe Lösungen. Kompetenzen Muster 948‌ 949‌ Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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