Aufgaben zur Linearfaktorzerlegung
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Berechne die Nullstellen der folgenden Funktionen und gib die Funktionen in ihrer Linearfaktordarstellung an.
g(u)=u3−2u2−u+2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Nullstellen berechnen
Man berechnet Nullstellen der Funktion g, indem man die u-Werte findet, für die g(u)=0 gilt.
g(u) = u3−2u2−u+2 ↓ Setze die Funktion gleich 0.
0 = u3−2u2−u+2 ↓ Finde die erste Nullstelle durch Probieren.
Hier: u1=1, denn:
g(1)=13−2⋅12−1+2=1−2−1+2=0
Führe nun mit g(u) und dem Linearfaktor (u−1) eine Polynomdivision durch.
(u3−2u2−u+2):(u−1)=u2−u−2−(u3−u2)−u2−u−(−u2+u)−2u+2−(−2u+2)0
Berechne nun also die Nullstellen von u2−u−2. Benutze dafür die Mitternachtsformel, da es sich hier um eine quadratische Funktion handelt.
u2,3 = 2⋅11±(−1)2−4⋅1⋅(−2) ↓ Berechne die Wurzel.
= 21±1+8 = 21±3 u2 = 21+3 = 2 u3 = 21−3 = −1 Linearfaktor Darstellung
Schreibe nun die Funktion g in Linearfaktorendarstellung.
g(u)=(u−1)⋅(u−2)⋅(u+1)
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l(z)=z3+4z2+4z
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Nullstellen berechnen
Man berechnet Nullstellen der Funktion l, indem man die z-Werte findet, für die l(z)=0 gilt.
Die erste Nullstelle von l(z) ist also: z1=0.
Berechne nun noch die Nullstellen der quadratischen Funktion z2+4z+4. Nutze dafür die Mitternachtsformel.
z2,3 = 2⋅1−4±42−4⋅1⋅4 ↓ Berechne die Wurzel.
= 2−4±16−16 = 2−4±0 Die zweite Nullstelle z2,3=−2 ist eine doppelte Nullstelle.
Linearfaktor Darstellung
Schreibe nun die Funktion l in Linearfaktorendarstellung.
l(z)=z⋅(z+2)2
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h(x)=x3−x2+x−1
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Nullstellen berechnen
Man berechnet Nullstellen der Funktion h, indem man die x-Werte findet, für die h(x)=0 gilt.
h(x) = x3−x2+x−1 ↓ Setze die Funktion gleich 0.
0 = x3−x2+x−1 ↓ Hier brauchst du die Polynomdivision um die Nullstellen zu berechnen.
Finde eine Nullstelle durch Probieren.
Hier x1=1, denn:
h(1)=13−12+1−1=1−1+1−1=0
Führe nun die Polynomdivision durch:
(x3−x2+x−1):(x−1)=x2+1−(x3−x2)x−1−(x−1)0
Da x2+1 keine Nullstellen besitzt, kann man jetzt schon die Linearfaktorzerlegung angeben.
Linearfaktor Darstellung
Schreibe nun die Funktion h in Linearfaktorendarstellung.
h(x)=(x−1)⋅(x2+1)
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f(x)=x3+3x2−4x
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Nullstellen berechnen
Man berechnet Nullstellen der Funktion f, indem man die x-Werte findet, für die f(x)=0 gilt.
f(x) = x3+3x2−4x ↓ Setze die Funktion gleich 0.
x3+3x2−4x = 0 ↓ x ausklammern .
x⋅(x2+3x−4) = 0 x1 = 0 ↓ Setze die Klammer gleich 0.
(x2+3x−4) = 0 ↓ Wende die Mitternachtsformel an.
x2,3 = 2⋅1−3±32−4⋅1⋅(−4) ↓ Fasse unter der Wurzel zusammen.
x2,3 = 2−3±9+16 ↓ Ziehe die Wurzel.
= 2−3±25 = 2−3±5 x2 = 2−3+5 = 1 x3 = 2−3−5 = −4 Linearfaktor Darstellung
Schreibe nun die Funktion f in Linearfaktorendarstellung.
f(x)=x⋅(x−1)⋅(x+4)
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Zerlege folgende Funktionen soweit möglich in Linearfaktoren.
f(x)=x2+2x−3
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktoren
In dieser Aufgabe sollst du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen.
Berechne dafür erstmal die Nullstellen.
Nullstellenberechnung
0 = x2+2x−3 ↓ Da es sich um eine Funktion zweiten Grades handelt, berechnet man diese mit der Mitternachtsformel.
x1,2 = 2⋅1−2±22−4⋅1⋅(−3) ↓ Vereinfache unter der Wurzel.
= 2−2±16 = 2−2±4 1) Fall: +
⇒x1=2−2+4=1
2) Fall: −
⇒x2=2−2−4=−3
Darstellung in Linearfaktorzerlegung
f(x)=x2+2x−3=(x−1)⋅(x+3)
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g(z)=z3−z2+4z−4
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktoren
In dieser Aufgabe sollst du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen.
Berechne dafür erstmal die Nullstellen.
Nullstellenberechnung
0=z3−z2+4z−4
Hier brauchst du die Polynomdivision. Errate die erste Nullstelle
g(1) = 13−12+4⋅1−4 = 1−1+4−4 = 0 ⇒z1=1 ist eine Nullstelle von g(z)
Klammere die Nullstelle mithilfe der Polynomdivision aus.
(z3−z2+4z−4):(z−1)=z2+4−(z3−z2)0+4z−4−(4z−4)0
Versuche nun noch die Nullstellen von z2+4 zu bestimmen.
z2+4 = 0 −4 z2 = −4 ⇒z2+4 hat also keine Nullstellen.
g(z) hat also keine Linearfaktordarstellung.
Die Funktion ist zerlegbar in eine Faktordarstellung mit dem Restglied (z2+4):
g(z)=z3−z2+4z−4=(z−1)⋅(z2+4)
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h(u)=u2−3u+2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktor
In dieser Aufgabe sollst du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen.
Berechne dafür erstmal die Nullstellen.
Nullstellenberechnung
0 = u2−3u+2 ↓ Da es sich um eine Funktion zweiten Grades handelt, wird hier die Mitternachtsformel verwendet.
u1,2 = 2⋅13±(−3)2−4⋅1⋅2 ↓ Vereinfache unter der Wurzel.
= 23±1 ↓ Ziehe die Wurzel.
= 23±1 1) Fall: +
⇒u1=23+1=2
2) Fall: −
⇒u2=23−1=1
Darstellung in Linearfaktorzerlegung
h(u)=u2−3u+2=(u−2)⋅(u−1)
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i(x)=5x4−25x2+20
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktoren
In dieser Aufgabe sollst du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen.
Berechne dafür erstmal die Nullstellen.
Nullstellenberechnung
0 = 5x4−25x2+20 ↓ Klammere 5 aus.
0 = 5⋅(x4−5x2+4) ↓ Teile durch 5, damit die Rechung später einfacher wird.
0 = x4−5x2+4 ↓ Nutze das Verfahren der Substitution, da es sich um eine Funktion der Form a(x2)2+bx2+c handelt.
Substitution: u=x2
0 = u2−5u+4 ↓ Wende die Mitternachtsformel an.
u1,2 = 2⋅15±(−5)2−4⋅1⋅4 ↓ Vereinfache unter der Wurzel.
= 2⋅15±25−16 ↓ Vereinfache weiter.
= 25±9 = 25±3 1) Fall: +
u1=25+3=4
2) Fall: −
u2=25−3=1
Rücksubstitution: x=±u
u1=4⇒x1=+4=2⇒x2=−4=−2
u2=1⇒x3=+1=1⇒x4=−1=−1
Darstellung in Linearfaktorzerlegung
i(x)=5x4−25x2+20=5⋅(x−2)⋅(x+2)⋅(x−1)⋅(x+1)
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k(x)=21x4+x3−23x2−4x−2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktoren
In dieser Aufgabe sollst du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen.
Berechne dafür erstmal die Nullstellen.
Nullstellenberechnung
0 = 21x4+x3−23x2−4x−2 ↓ Klammere 21 aus.
0 = 21(x4+2x3−3x2−8x−4) ⋅2 0 = x4+2x3−3x2−8x−4 Wende die Polynomdivision an:
Errate die erste Nullstelle. Hier: x1=−1, denn:
k(−1)=(−1)4+2⋅(−1)3−3⋅(−1)2−8⋅(−1)−4k(−1)=1−2−3+8−4=0
Führe die Polynomdivision durch. Dividiere k(x) durch (x+1):
(x4+2x3−3x2−8x−4):(x+1)=x3+x2−4x−4−(x4+x3)x3−3x2−(x3+x2)−4x2−8x−(−4x2−4x)−4x−4−(−4x−4)0
⇒ Wir erhalten eine neue Funktion k~(x)=x3+x2−4x−4
Um die Nullstellen von k~(x) zu berechnen, musst du erneut die Polynomdivision anwenden:
Errate wieder eine Nullstelle. Hier: x2=2, denn:
k~(2)=23+22−4⋅2−4k(x)=8+4−8−4k(x)=0
Führe die Polynomdivision durch. Dividiere k~(x) durch (x−2):
(x3+x2−4x−4):(x−2)=x2+3x+2−(x3−2x2)3x2−4x−(3x2−6x)2x−4−(2x−4)0
Nun musst du noch die Nullstellen von x2+3x+2 berechnen. Verwende dafür die Mitternachtsformel.
x3,4 = 2⋅1−3±32−4⋅1⋅2 ↓ Vereinfache.
= 2−3±9−8 = 2−3±1 x3 = 2−3+1 ↓ Fall: +
= −1 x4 = 2−3−1 ↓ Fall: -
= −2 Du hast also folgende Nullstellen berechnet:
⇒x1,3=−1⇒x2=2⇒x4=−2
−1 ist eine doppelte Nullstelle und 2 und −2 sind einfache Nullstellen.
Darstellung in Linearfaktorzerlegung
k(x)=21x4+x3−23x2−4x−2=21(x+1)2⋅(x−2)⋅(x+2)
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l(z)=4z3+4z2−4z−4
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktoren
In dieser Aufgabe sollst du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen.
Berechne dafür erstmal die Nullstellen.
Nullstellenberechnung
0 = 4z4+4z3−4z2−4z ↓ Klammere 4z aus.
0 = 4z⋅(z3+z2−z−1) :4 ⇒z1=0 ist erste Nullstelle
Berechne nun noch die Nullstellen von z3+z2−z−1.
0=z3+z2−z−1
Hier brauchst du die Polynomdivision.
Errate eine Nullstelle. Hier: z2=1, denn es gilt:
13+12−1−1=0
Führe die Polynomdivision durch:
(z3+z2−z−1):(z−1)=z2+2z+1−(z3−z2)2z2−z−(2z2−2z)z−1−(z−1)0
Forme nun z2+2z+1 durch anwenden der 1.Binomischen Formel um:
z2+2z+1=(z+1)2
(Alternativ könnte man die Nullstellen auch mit der Mitternachtsformel berechnen.)
Darstellung in Linearfaktorzerlegung
l(z)=4z4+4z3−4z2−4z=4z⋅(z−1)⋅(z+1)2
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m(z)=z5−2z4+2z−4
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktoren
In dieser Aufgabe sollst du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen.
Berechne dafür erstmal die Nullstellen.
Nullstellenberechnung
0=z5−2z4+2z−4
Hier brauchst du die Polynomdivision.
Errate die erste Nullstelle. Hier: z1=2, denn:
m(2)=25−2⋅24+2⋅2−4m(2)=32−32+4−4=0
Führe die Polynomdivision durch:
(z5−2z4+2z−4):(z−2)=z4+2−(z5−2z4)2z−4−(2z−4)0
Dir bleibt also noch der Teil z4+2 übrig, welcher keine Nullstellen besitzt.
m(z) hat also keine Linearfaktordarstellung. Die Funktion lässt sich nur in eine Faktordarstellung mit dem Restglied (x4+2) zerlegen:
m(z)=z5−2z4+2z−4=(z−2)⋅(z4+2)
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n(u)=u3−u
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktoren
In dieser Aufgabe sollst du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen.
Hier kann man die Linearfaktorzerlegung bestimmen ohne vorher explizit die Nullstellen zu berechnen.
n(u) = u3−u ↓ Klammere u aus.
= u⋅(u2−1) ↓ Wende die 3.binomische Formel an.
= u⋅(u+1)⋅(u−1) Die Linearfaktorzerlegung von n(u) ist also:
n(u)=u⋅(u+1)⋅(u−1)
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p(x)=x4−5x3+5x2+5x−6
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktoren
In dieser Aufgabe sollst du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen.
Berechne dafür erstmal die Nullstellen.
Nullstellenberechnung
0 = x4−5x3+5x2+5x−6 ↓ Hier brauchst du die Polynomdivision.
Finde die erste Nullstelle durch probieren heraus.
Hier x1=1, denn:
p(1)=14−5⋅13+5⋅12+5⋅1−6=1−5+5+5−6=0
Führe nun die Polynomdivision durch:
(x4−5x3+5x2+5x−6):(x−1)=x3−4x2+x+6−(x4−x3)−4x3+5x2−(−4x3+4x2)x2+5x−(x2−x)6x−6−(6x−6)0
Nun musst du noch die Nullstellen von x3−4x2+x+6 berechnen.
0=x3−4x2+x+6
Hierfür brauchst du noch einmal die Polynomdivision.
Führe nun die Polynomdivision durch:
(x3−4x2+x+6):(x+1)=x2−5x+6−(x3+x2)−5x2+x−(−5x2−5x)6x+6−(6x+6)0
Nun musst du noch die Nullstellen von x2−5x+6 berechnen.
0 = x2−5x+6 ↓ Benutze hierfür die Mitternachtsformel, da es sich um eine quadratische Funktion handelt.
x3,4 = 2⋅15±(−5)2−4⋅1⋅6 ↓ Berechne die Wurzel.
= 25±25−24 = 25±1 1) Fall: +
x3=25+1=3
2) Fall: −
x4=25−1=2
Die Funktion hat also die Nullstellen: x1=1, x2=−1, x3=3 und x4=2.
Darstellung in Linearfaktorzerlegung
p(x)=x4−5x3+5x2+5x−6=(x−1)⋅(x+1)⋅(x−3)⋅(x−2)
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q(x)=x3−3x2+4x−12
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktoren
In dieser Aufgabe sollst du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen.
Berechne dafür erstmal die Nullstellen.
Nullstellenberechnung
0=x3−3x2+4x−12
Hier brauchst du die Polynomdivision.
Führe nun die Polynomdivision durch:
(x3−3x2+4x−12):(x−3)=x2+4−(x3−3x2)4x−12−(4x−12)0
x2+4 besitzt keine Nullstellen.
q(x) hat also keine Linearfaktordarstellung. Die Funktion lässt sich nur in eine Faktordarstellung mit dem Restglied (x2+4) zerlegen:
q(x)=(x−3)⋅(x2+4)
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- 3
Überführe folgende Funktionen von der Linearfaktorzerlegung in ihre Normalform.
f(x)=x⋅(x−3)⋅(x+1)
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktordarstellung
Um eine Funktion in Linearfaktordarstellung in ihre Normalform zu überführen, muss man die Klammern ausmultiplizieren.
f(x)=x⋅(x−3)⋅(x+1)=x⋅(x2+x−3x−3)=x⋅(x2−2x−3)=x3−2x2−3x
f hat also folgende Normalform: f(x)=x3−2x2−3x.
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g(z)=z⋅(z−2)2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktordarstellung
Um eine Funktion in Linearfaktordarstellung in ihre Normalform zu überführen, muss man die Klammern ausmultiplizieren.
g(z) = z⋅(z−2)2 ↓ Wende die 2.Binomische Formel an.
= z⋅(z2−4z+4) ↓ Multipliziere das z in die Klammer.
= z3−4z2+4z g hat also folgende Normalform: g(z)=z3−4z2+4z.
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h(u)=(u−1)⋅(u+3)⋅(u−1)⋅(u−3)
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktordarstellung
Um eine Funktion in Linearfaktordarstellung in ihre Normalform zu überführen, muss man die Klammern ausmultiplizieren.
h(u) = (u−1)⋅(u+3)⋅(u−1)⋅(u−3) ↓ Sortiere um.
= (u−1)2⋅(u+3)⋅(u−3) ↓ Löse (u−1)2 mit der 2. Binomischen Formel und (u+3)⋅(u−3) mit der 3. Binomischen Formel.
= (u2−2u+1)⋅(u2−9) ↓ Multipliziere aus.
= u4−2u3+u2−9u2+18u−9 ↓ Fasse zusammen.
= u4−2u3−8u2+18u−9 h hat also folgende Normalform: h(u)=u4−2u3−8u2+18u−9.
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k(x)=(x+2)⋅(x−1)⋅(x−2)
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Linearfaktordarstellung
Um eine Funktion in Linearfaktordarstellung in ihre Normalform zu überführen, muss man die Klammern ausmultiplizieren.
k(x) = (x+2)⋅(x−1)⋅(x−2) ↓ Sortiere um.
= (x+2)⋅(x−2)⋅(x−1) ↓ Wende die 3. Binomische Formel an.
= (x2−4)⋅(x−1) ↓ Multipliziere aus.
= x3−x2−4x+4 k hat also folgende Normalform: k(x)=x3−x2−4x+4.
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