Vom Umformen von Gleichungen - erlaubte und nicht erlaubte Termumformungen und Äquivalenzumformungen
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Formal Metadata
Title |
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Title of Series | ||
Part Number | 27 | |
Number of Parts | 44 | |
Author | 0000-0002-4319-5413 (ORCID) | |
Contributors | ||
License | CC Attribution - NonCommercial 3.0 Germany: You are free to use, adapt and copy, distribute and transmit the work or content in adapted or unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor. | |
Identifiers | 10.5446/17877 (DOI) | |
Publisher | 0000-0002-4319-5413 (ORCID) | |
Release Date | ||
Language |
Content Metadata
Subject Area | |
Genre |
00:00
Variable (mathematics)EquationMetreVariable (mathematics)Real numberLengthHöheBinomische FormelStreckePotenz <Mathematik>Function (mathematics)TermumformungNichtlineares GleichungssystemLength of stayLink (knot theory)Lecture/ConferenceMeeting/Interview
Transcript: German
00:01
Bei dieser Gleichung befindet
sich die Variable x an mehreren Positionen. Die berührt jedoch
nicht die Regeln, die wir für das Lösen von Gleichungen
anwenden dürfen. Zunächst ziehen wir (2x) von beiden Seiten der
Gleichung ab; dann ziehen wir (7) von beiden Seiten der Gleichung
ab und erhalten x = (-5). (Übungsaufgabe)
00:26
5 Wurzel(t) - Wurzel(4t) = 12 Wir vereinfachen
zunächst die linke Seite der Gleichung: Aus Wurzel(4t) wird Wurzel(4) mal Wurzel(t). aus Wurzel(4) wird 2.
Wir klammern aus bzw. fassen
00:42
zusammen: 5*Wurzel(t) minus
2*Wurzel(t) gleich 3*Wurzel(t). Wir dividieren beide Seiten der Gleichung
durch (3) und erhalten Wurzel(t)=4. Quadrieren
beider Seiten liefert t=16. Bei Termumformungen müssen wir
den Definitionsbereich beachten.
01:04
Die Gleichung (x-1)/(x-1)=x
besitzt als Definitionsbereich alle reellen Zahlen außer
der 1; folglich hat diese Gleichung keine Lösung. Die sehr
einfache Gleichung 1=x besitzt als Definitionsbereich alle
reellen Zahlen und die Lösung x=1.
01:22
Bei folgenden Termumformungen
ist Vorsicht geboten: - Erweitern oder Kürzen mit 0 ist
für Termumformungen nicht gestattet. - Beim Potenzieren mit ganzzahligen Exponenten erhalten wir evt. (Übungsaufgabe) (u-1)(u+1)=48 Nach
der dritten binomischen Formel eine Scheinlösung
(Probe nicht vergessen).
01:43
ergibt das u²-1 = 48 Wir
addieren (1) zu jeder Seite, und erhalten u²=49 und ziehen
die Wurzel. Wir unterscheiden zwei Fälle: Für u>0 ist die
Lösung u(1)=7 für u<0 ist die
02:00
Lösung u(2)=(-7) Vorsicht bei
Termumformungen mit Funktionen mit Definitionslücken (wie
z.B. 1/z oder Wurzel(z))- Wir wollen die Gleichung x*(x-3)=0
lösen. Wir dividieren durch x (d.h. wir wenden eine Funktion
an, die eine Definitionslücke
02:25
bei x=0 besitzt) und erhalten
x-3=0 Wir addieren (3) und erhalten die Lösung x=3. Diese
Lösung ist korrekt, aber wir haben die weitere Lösung (x=0)
durch unsere Termumformung verloren.
02:41
(Übungsaufgabe)
x²=225 Wir ziehen auf beiden Seiten die Wurzel (Vorsicht, denn
die Wurzelfunktion hat Definitionslücken; sie ist nur für
positive reelle Zahlen definiert) Wir erhalten die Lösung
x=15, können uns aber die weitere Lösung x=(-15) erarbeiten.
03:02
(Übungsaufgabe)
4*Wurzel(4s+1)=3*Wurzel(7s+2) Wir quadrieren
beide Seiten, die Wurzeln fallen weg, aus 4² wird 16, aus
3² wird 9, Wir multiplizieren aus, ziehen auf beiden Seiten
(63s) und (16) ab und erhalten s=2.
03:20
Vielleicht erinnern
Sie sich an die Aufgabe mit dem Seil, welches wir über den
Äquator spannten. Dieses Seil hatte eine etwas größere Länge
als der Äquatorumfang, hatte also überall am Äquator einen gewissen Abstand h von der Erdoberfläche. Diesen Abstand
h konnten wir mit der Gleichung (U´-U)/(2*pi) leicht ermitteln.
03:42
Diese Gleichung ist "analytisch
lösbar" - man kann sie nach h auflösen. Wir können
das Seil jetzt so weit wie möglich anheben und erhalten
schließlich eine Situation wie hier gezeigt: Das Seil liegt
jetzt über eine Strecke z am Äquator an; die restliche
Länge des Seiles bildet ein
04:04
Dreieck. Wenn wir den weitesten
Abstand des Seiles vom Äquator berechnen wollen, dann können
wir dafür diese Gleichung entwickeln. Diese Gleichung ist
aber analytisch nicht lösbar; wir können sie nicht nach h auflösen.
Die einzige Möglichkeit,
04:21
einen Wert für h zu ermitteln,
ist auszuprobieren (Werte für h einzusetzen und zu sehen,
ob die Gleichung stimmt). Wir raten h=10 m, die Gleichung
stimmt nicht sehr gut (deutliche Differenz: linke Seite-rechte
Seite) Für h=20m stimmt
04:41
die Gleichung schon besser,
für h=30m noch besser, für h=40m noch besser. 100m ist zu viel; es ergibt sich eine negative
Abweichung. Wir können iterativ die Höhe verändern und sehen, dass für h=70m die
Gleichung sehr gut erfüllt ist. Die Lösung 70m wurde durch
planvolles Probieren ("iterativ")
05:03
ermittelt - analytisch ist
die Gleichung nicht lösbar.
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