Aufgaben zum Rechnen mit e und ln

1

Forme um.

$\left(e^x+e^{-x}\right)^2$

$\left(e^x-e^{-x}+5\right)\cdot e^x$

$\dfrac{e^{3x+1}}{e^{-x+2}}$

$e^{-x}\cdot e^{-x+2}\cdot e^{2x-3}$

$\frac{1}{e^{2x}}+3(e^{-x})^2-(\frac{2}{e^x})^2$

2

Forme um.

$e^{\ln(2k)}-2k\cdot e^{\ln(2)}$

$\ln(e^2)-3\cdot\ln\left(\frac e2\right)$

$\ln(2e^2)+\ln\left(\frac e2\right)$

$e^{\ln(k)+1}$

$\frac23e^{-\ln\left(\frac34k\right)}$

3

Vereinfache jeden der Terme so weit wie möglich

$\ln(\mathrm e^7)$

Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Umkehrfunktion
Die Umkehrfunktion der $\mathrm e$ -Funktion ist der natürliche Logarithmus. Deswegen:
$\ln(\mathrm e^7)=7$
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$\mathrm e^{3\cdot\ln(5)}$

$\ln(\frac{3}{a})+\ln(6a)$

$7\ln(b^3)-\ln(b^{21})$

$(\mathrm e^{b})^{\ln(2)}$

4

Löse die Gleichungen über der Grundmenge $G=\mathbb{R}$

$\mathrm e^x=9{,}5$

$e^{2x}=-3$

Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Exponentialgleichungen lösen
$e^{2x} = -3$
Wenn du den natürlichen Logarithmus auf beide Seiten anwendest, erhältst du:
$2x = \ln(-3)$
Da die Zahl -3 aber nicht in der Definitionsmenge $\mathbb{R}⁺$ des Logarithmus enthalten ist, gibt es keine Lösung für diese Gleichung.
Die Lösungsmenge ist also die leere Menge: $\mathbb{L} = \{\}$
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$3e^{0{,}1x+2}=18$

Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Exponentialgleichung lösen
$3e^{0{,}1x+2}=18 \phantom{Abstand}| :3$
$e^{0{,}1x+2} = 6 \phantom{Abstandiii} | \ln(...)$
Zuerst teilst du beide Seiten durch $3$ , so dass der Term mit dem $x$ alleine links steht. Danach wendest du den natürlichen Logarithmus auf die Gleichung an. Da er die Umkehrfunktion zur Exponentialfunktion ist, verschwindet diese.
$0{,}1x+2=\ln(6) \phantom{Abstand} |\ln(6) \approx 1{,}79$
$0{,}1x + 2 \approx 1{,}79 \phantom{Abstandi}| -2$
$0{,}1x = 1{,}79 - 2$
$0{,}1x= -0{,}21 \phantom{Abstandiiii} | :0{,}1$
$x = -2{,}1$
Anschließend stellst du die Gleichung um, in dem du die $2$ abziehst und anschließend durch $0{,}1$ teilst.
Als Lösungsmenge erhältst du:
$\mathbb{L} = \{-2{,}1\}$
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$2\ln x=18$

Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Logarithmische Gleichung lösen
In dieser Aufgabe geht es um das Lösen einer Gleichung mit einem Logarithmus.
$2\ln x = 18 \phantom{Abstand} | :2$
$\ln x = 9 \phantom{Abstandnn} |e^{(...)}$
$x = e^9$
Zuerst teilst du durch $2$ , damit nichts mehr vor dem " $\ln$ " steht. Danach wendest du die Exponentialfunktion auf beide Seiten an, so dass das $x$ alleine steht. Dann erhältst du die Lösung:
$\mathbb{L} = \{e^9\}$
Alternativ kannst du natürlich auch den Wert von $e⁹\$ noch berechnen und erhältst:
$x\ \approx\ 8103$ .
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$\ln(3x)-\ln(1{,}5)=2$

Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Logarithmische Gleichung lösen
In dieser Aufgabe geht es darum eine Gleichung mit einem Logarithmus zu lösen.
Als Erstes wendest du die Rechenregeln des Logarithmus an, um die linke Seite der Gleichung umzustellen.
$\ln\left(3x\right)\ -\ \ln\left(1{,}5\right)\ =\ 2$
$\ln\left(\dfrac{3x}{1{,}5}\right) = 2 \phantom{Abstand} | \dfrac{3x}{1{,}5} =2x$
$\ln(2x) = 2 \phantom{Abstandaii} |e^{(...)}$
Nun wendest du auf beide Seiten der Gleichung die Exponentialfunktion an. Und teilst anschließend durch $2$ .
$2x = e²\phantom{Abstandmana} |:2$
$x = \dfrac12 e^2$
$\mathbb{L} = \left\{\dfrac12 e^2\right\}$
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$\ln(3^x)=\ln(27)$

$\ln(5\mathrm e^{x+2})=\dfrac{\ln(25)}{2}$

$e^{x^2}-5e^{x}=0$

Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Natürlicher Logarithmus
In dieser Aufgabe geht es darum, eine Gleichung mit einer e-Funktion zu lösen. Der Definitionsbereich für diese Gleichung ist $\mathbb{D}=\mathbb{R}$ .
1) Schreibe die Gleichung um
$e^{x^2}-5 \cdot e^x =0$
Addiere auf beiden Seiten der Gleichung $5 \cdot e^x$
$e^{x^2}=5 \cdot e^x$
2) Wende auf beiden Seiten den natürlichen Logarithmus an.
$ln(e^{x^2})= ln(5 \cdot e^x)$
Betrachte zunächst die linke Seite der Gleichung und verwende die Potenz zu Produkt Regel an.
Wende auf der rechten Seite der Gleichung die Produkt zu Summe Regel und anschließend die Potenz zu Produkt Regel an.
$x^2 \cdot ln(e)= ln(5) + ln(e^x)$
Beachte auf beiden Seiten, dass $ln(e) = 1$ ist.
$x^2 = ln(5) +x$
3) Löse die quadratische Gleichung mit der p-q-Formel.
Subtrahiere auf beiden Seiten der Gleichung $x$ und $ln(5)$ .
$x^2-x-ln(5)=0$
Du hast nun eine quadratische Gleichung erhalten.
Löse die quadratische Gleichung mit der p-q- Formel.
$x_{1/2}= \dfrac{1}{2} \pm \sqrt{(\dfrac{1}{2})^2+ln(5)}=0{,}5 \pm \sqrt{(0{,}25+ln(5)}$
$x_{1/2}\in \mathbb{D}$ , also ist die Lösungsmenge:
$\mathbb{L}= \left\{0{,}5 - \sqrt{(0{,}25+ln(5)};0{,}5 + \sqrt{(0{,}25+ln(5)}\right\}$
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Du kannst die Aufgabe mit folgender Strategie lösen:
1) Schreibe die Gleichung so um, dass auf beiden Seiten der natürliche Logarithmus angewendet werden kann.
2) Wende auf beiden Seiten den natürlichen Logarithmus an.
3) Die erhaltene Gleichung ist eine quadratischen Gleichung. Löse diese dann mit der p-q-Formel.

$\dfrac{e^{3+5x}}{e^{2x}}=e^9$

$\displaystyle \left(e^x+e^{-x}\right)^2$	$=$
	↓	1. Binomische Formel anwenden
	$=$	$\displaystyle e^{2x}+2e^xe^{-x}+e^{-2x}$
	↓	1. Potenzgesetz anwenden
	$=$	$\displaystyle e^{2x}+2e^{x-x}+e^{-2x}$
	$=$	$\displaystyle e^{2x}+2e^0+e^{-2x}$
	↓	Benutze $e^0=1$
	$=$	$\displaystyle e^{2x}+2+e^{-2x}$

$\displaystyle \left(e^x-e^{-x}+5\right)\cdot e^x$	$=$
	↓	ausmultiplizieren
	$=$	$\displaystyle e^x\cdot e^x-e^{-x}\cdot e^x+5e^x$
	↓	1. Potenzgesetz anwenden
	$=$	$\displaystyle e^{x+x}-e^{-x+x}+5e^x$
	$=$	$\displaystyle e^{2x}-e^0+5e^x$
	↓	$e^0=1$
	$=$	$\displaystyle e^{2x}+5e^x-1$

$\displaystyle \frac{e^{3x+1}}{e^{-x+2}}$	$=$
	↓	2. Potenzgesetz anwenden
	$=$	$\displaystyle \textstyle e^{3x+1}\cdot e^{-(-x+2)}$
	↓	Klammern auflösen
	$=$	$\displaystyle \textstyle e^{3x+1+x-2}$
	↓	Zusammenfassen
	$=$	$\displaystyle e^{4x-1}$

$\displaystyle e^{-x}\cdot e^{-x+2}\cdot e^{2x-3}$	$=$
	↓	1. Potenzgesetz anwenden
	$=$	$\displaystyle e^{-x+(-x+2)+(2x-3)}$
	$=$	$\displaystyle e^{-x-x+2+2x-3}$
	↓	Zusammenfassen
	$=$	$\displaystyle e^{-1}$
	$=$	$\displaystyle \frac{1}{e}$

$\displaystyle \frac{1}{e^{2x}}+3\left(e^{-x}\right)^2-\left(\frac{2}{e^x}\right)^2$	$=$
	↓	6. Potenzgesetz anwenden.
	$=$	$\displaystyle e^{-2x}+3e^{-2x}-\left(\frac4{e^{2x}}\right)$
	↓	Zusammenfassen und umformen.
	$=$	$\displaystyle 4e^{-2x}-4e^{-2x}$
	$=$	$\displaystyle 0$

$\displaystyle e^{\ln(2k)}-2k\cdot e^{\ln(2)}$	$=$
	↓	Benutze $e^{\ln(x)}=x$
	$=$	$\displaystyle 2k-2k\cdot2$
	↓	Zusammenfassen.
	$=$	$\displaystyle 2k-4k$
	$=$	$\displaystyle -2k$

$\displaystyle \ln(e^2)-3\cdot\ln\left(\frac{e}{2}\right)$	$=$
	↓	Potenzregel und Quotientenregel für Logarithmus anwenden.
	$=$	$\displaystyle 2\cdot\ln\left(e\right)-3\left[\ln\left(e\right)-\ln\left(2\right)\right]$
	↓	$\ln(e)=1$
	$=$	$\displaystyle 2\cdot1-3\left[1-\ln\left(2\right)\right]$
	↓	Zusammenfassen.
	$=$	$\displaystyle 2-3+3\cdot\ln\left(2\right)$
	$=$	$\displaystyle 3\cdot\ln(2)-1$

$\displaystyle \ln(2e^2)+\ln\left(\frac{e}{2}\right)$	$=$
	↓	Produktregel und Quotientenregel für Logarithmus anwenden.
	$=$	$\displaystyle \ln(2)+\ln(e^2)+\ln(e)-\ln(2)$
	↓	Potenzregel für Logarithmus anwenden.
	$=$	$\displaystyle \ln\left(2\right)+2\cdot\ln\left(e\right)+\ln\left(e\right)-\ln\left(2\right)$
	↓	Zusammenfassen.
	$=$	$\displaystyle 3\cdot\ln\left(e\right)$
	↓	Benutze $\ln\left(\mathrm e\right)=1$ .
	$=$	$\displaystyle 3$

$\displaystyle e^{\ln(k)+1}$	$=$
	↓	Potenzgesetze anwenden.
	$=$	$\displaystyle e^{\ln(k)}\cdot e^1$
	↓	Benutze $e^{\ln(x)}=x$
	$=$	$\displaystyle k\cdot e$

$\displaystyle \frac{2}{3}e^{-\ln\left(\frac{3}{4}k\right)}$	$=$
	↓	Quotientenregel für Logarithmus anwenden.
	$=$	$\displaystyle \frac23\cdot\frac1{e^{\ln\left({\displaystyle\frac34}k\right)}}$
	↓	Division von Brüchen.
	$=$	$\displaystyle \frac23\cdot\frac1{{\displaystyle\frac34}k}$
	$=$	$\displaystyle \frac{2}{3}\cdot\frac{4}{3k}$
	$=$	$\displaystyle \frac{8}{9k}$

$\displaystyle e^{3\cdot\ln\left(5\right)}$	$=$
	↓	Wende das Potenzgesetz für mehrfache Potenzen an.
$\displaystyle (\mathrm{e}^{\ln(5)})^3$	$=$
	↓	Die Umkehrfunktion der $\mathrm e$ -Funktion ist der natürliche Logarithmus.
$\displaystyle 5^3$	$=$	$\displaystyle 125$

$\displaystyle \ln(\frac{3}{a})+\ln(6a)$	$=$
	↓	Ziehe den Quotienten im ersten Logarithmus und das Produkt im zweiten Logarithmus mit den Rechenregeln für Logarithmen auseinander.
	$=$	$\displaystyle \ln(3)-\ln(a)+\ln(6)+\ln(a)$
	$=$	$\displaystyle \ln(3)+\ln(6)$
	↓	Ziehe die beiden Summanden mit den Logarithmus-Rechenregeln wieder zusammen.
$\displaystyle \ln(3\cdot6)$	$=$	$\displaystyle \ln(18)$
	↓	Ohne Taschenrechner lässt sich dieser Term nicht weiter vereinfachen.

$\displaystyle 7\ln(b^3)-\ln(b^{21})$	$=$
	↓	Ziehe bei beiden Logarithmen den Exponenten von $b$ vor den Logarithmus.
	$=$	$\displaystyle 7\cdot3\ln(b)-21\ln(b)$
	$=$	$\displaystyle 21\ln(b)-21\ln(b)$
	$=$	$\displaystyle 0$

$\displaystyle (\mathrm{e}^b)^{\ln(2)}$	$=$
	↓	Wende das Potenzgesetz für mehrfache Potenzen an
	$=$	$\displaystyle (\mathrm{e}^{\ln(2)})^b$
	↓	Die Umkehrfunktion der $\mathrm e$ -Funktion ist der natürliche Logarithmus.
	$=$	$\displaystyle 2^b$

$\displaystyle e^x$	$=$	$\displaystyle 9{,}5$	$\displaystyle \ln\left(...\right)$
	↓	Wende die $\ln$ -Funktion an.
$\displaystyle \ln\left(e^x\right)$	$=$	$\displaystyle \ln\left(9{,}5\right)$
	↓	Da $\ln(x)$ die Umkehrfunktion zu $\mathrm e^x$ darstellt, heben sich $\mathrm e^{…}$ und $\ln (…)$ auf.
$\displaystyle x$	$=$	$\displaystyle \ln\left(9{,}5\right)$
	↓	Damit hast du die Lösung gefunden. Wenn du möchtest, kannst du $\ln(9{,}5)$ noch in den Taschenrechner eingeben, einen Näherungswert dafür ausrechnen lassen und das Ergebnis dann zum Beispiel auf 4 geltenden Ziffern gerundet angeben.
$\displaystyle x$	$≈$	$\displaystyle 2{,}251$
	↓	In die Lösungsmenge schreibst du aber besser das exakte Ergebnis.

$\displaystyle \ln\left(3^x\right)$	$=$	$\displaystyle \ln\left(27\right)$
	↓	Verwende die Potenzregel für Logarithmen.
$\displaystyle x\cdot\ln\left(3\right)$	$=$	$\displaystyle \ln\left(27\right)$
	↓	Dividiere auf beiden Seiten $\ln \left(3\right)$
$\displaystyle x$	$=$	$\displaystyle \frac{\ln\left(27\right)}{\ln\left(3\right)}$
	↓	Schreibe $\ln(27)$ als $\ln(3^3)$ und wende die Potenzregel für Logarithmen an.
$\displaystyle x$	$=$	$\displaystyle \frac{\ln(3^3)}{\ln(3)}$
	$=$	$\displaystyle \frac{3\cdot\ln(3)}{\ln(3)}$
	$=$	$\displaystyle 3$

$\displaystyle \ln\left(5e^{x+2}\right)$	$=$	$\displaystyle \frac{\ln\left(25\right)}{2}$
	↓	Verwende die Produktregel für Logarithmen.
$\displaystyle \ln\left(5\right)+\ln\left(e^{x+2}\right)$	$=$	$\displaystyle \frac{\ln\left(25\right)}{2}$
	↓	Forme zu einem Bruch um, erweitere zu und subtrahiere auf beiden Seiten.
$\displaystyle \ln\left(e^{x+2}\right)$	$=$	$\displaystyle \frac{\ln\left(25\right)-2\cdot\ln\left(5\right)}{2}$
	↓	Verwende auf beiden Seiten die Potenzregel für Logarithmen.
$\displaystyle (x+2)\cdot\ln\left(e\right)$	$=$	$\displaystyle \frac{\ln\left(25\right)-\ln\left(5^2\right)}{2}$
	↓	Vereinfache auf der rechten Seite (Potenz ausrechnen, Logarithmen subtrahieren, es bleibt 0 im Zähler und daher 0 auf der rechten Seite).
$\displaystyle x+2$	$=$	$\displaystyle 0$
	↓	Subtrahiere auf beiden Seiten 2.
$\displaystyle x$	$=$	$\displaystyle -2$

$\displaystyle \frac{e^{3+5x}}{e^{2x}}$	$=$	$\displaystyle e^9$
	↓	Verwende links die Quotientenregel für Potenzen.
$\displaystyle e^{3+5x-2x}$	$=$	$\displaystyle e^9$
	↓	Vereinfache links und wende auf beiden Seiten den natürlichen Logarithmus an.
$\displaystyle \ln\left(e^{3x+3}\right)$	$=$	$\displaystyle \ln\left(e^9\right)$
	↓	Verwende auf beiden Seiten die Potenzenregel für Logarithmen und die Tatsache, dass ist.
$\displaystyle 3x+3$	$=$	$\displaystyle 9$
	↓	Subtrahiere auf beiden Seiten 3 und dividiere durch 3.
$\displaystyle x$	$=$	$\displaystyle 2$

Aufgaben zum Rechnen mit e und ln

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1) Schreibe die Gleichung um

2) Wende auf beiden Seiten den natürlichen Logarithmus an.

3) Löse die quadratische Gleichung mit der p-q-Formel.

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