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Quadratische Ergänzung findet in der Mathematik eine Vielzahl von Anwendungsbereichen. Neben dem Lösen von quadratischen Gleichungen und der Bestimmung des Scheitelpunkts, kann sie auch zur Integration einiger speziellen Terme verwendet werden. Methode #1 Wenn man sich gut Formeln merken kann, ist dieser Weg der einfachste. Man kann sich diese Gleichung auch über die allgemeine Gleichung zur Lösung einer quadratischen Gleichung herleiten: Definition Die Funktion a · x ²+ b · x + c hat ihren Scheitelpunkt S bei Beispiel Der Scheitelpunkt liegt demnach bei: Damit würde das Polynom in Scheitelpunktform so geschrieben werden: Methode #2 Die zweite Methode ist die quadratische Ergänzung. Nehmen wir als Beispiel wieder die allgemeine Form der quadratischen Funktion: 1. Zuerst muss der Leitkoeffizient aus den Termen mit x faktorisiert werden: 2. Dann erfolgt die eigentliche quadratische Ergänzung. Da es sich bei der quadratischen Ergänzung um eine Äqivalenzumformung handelt, wird die mathematische Aussage der Funktion nicht verändert.
Lösungsschritte Stelle die Gleichung um. $$x^2+2, 4x-0, 25=0$$ $$|+0, 25$$ $$x^2+2, 4x=0, 25$$ Addiere die quadratische Ergänzung. $$x^2+2, 4x+1, 44=0, 25+1, 44$$ Bilde das Binom. $$(x+1, 2)^2=1, 69$$ Ziehe auf beiden Seiten die Wurzel (mit Fallunterscheidung). Fall: $$x+1, 2=sqrt(1, 69)$$ 2. Fall: $$x+1, 2=-sqrt(1, 69)$$ Lösung 1. Lösung: $$x+1, 2=1, 3 rArr x_1=0, 1$$ 2. Lösung: $$x+1, 2=-1, 3rArrx_2=-2, 5$$ Lösungsmenge: $$L={0, 1; -2, 5}$$ Herleitung quadratische Ergänzung $$a^2+2*a*b+b^2$$$$=(a+b)^2$$ $$x^2+ 2, 4*x+1, 44$$ $$=(? +? )^2$$ Zuordnung $$a^2 =x^2 rArr a=x$$ $$( 2*a*b)/(2*a)=(2, 4*x)/(2*x) rArr b=1, 2$$ quadratische Ergänzung: $$b^2=1, 2^2=1, 44$$ Und nochmal einmal Brüche Beispiel mit gemeinen Brüchen Löse die Gleichung $$x^2+(2)/(3)x-(1)/(3)=0$$. $$x^2+(2)/(3)x-(1)/(3)=0$$ $$|+(1)/3$$ $$x^2+(2)/(3)x=(1)/(3)$$ Addiere die quadratische Ergänzung. $$x^2+(2)/(3)x=(1)/(3)$$ $$|+(1)/(9)$$ $$x^2+(2)/(3)x+(1)/(9)=(1)/(3)+(1)/(9)$$ Bilde das Binom. $$(x+(1)/(3))^2= (4)/(9)$$ Ziehe auf beiden Seiten die Wurzel (mit Fallunterscheidung).
Die Quadratische Ergänzung ist ein Werkzeug welches wir in den folgenden Artikeln benötigen. Für die quadratische Ergänzung benötigen wir das Wissen über die binomischen Formeln, welche in einem früheren Artikel beschrieben wurden. Wir wenden die erste und die zweite binomische Formel rückwärts an um unsere quadratischen Gleichungen umzuformen. Zu unserem Zweck schreiben wir die binomischen Formeln etwas um und setzen statt b nun b/2 ein. In der Mitte kann man dadurch die 2 mit der 2 von b/2 kürzen, wodurch nur noch bx übrig bleibt: Das Ziel ist es, bei einer normalen quadratischen Funktion der Form f(x) = ax² + bx + c die binomischen Formeln anwenden zu können. Dafür müssen wir zunächst die quadratische Ergänzung vornehmen. Wir möchten mit der quadratischen Ergänzung erreichen, dass der erste Teil (x² + bx) unserer quadratischen Funktion der binomischen Formel (x² + bx + (b/2)²) entspricht. Dafür benötigen wir noch das (b/2)², welches am Ende der binomischen Formel steht. Deshalb müssen wir quadratisch Ergänzen.
Somit müssen wir das, was wir hinzufügen, auch wieder abziehen. Warum wir mit ergänzen, kann sehr gut geometrisch veranschaulicht werden. 3. Zusammenfassen und das Quadrat bilden: 4. a Ausmultiplizieren. Im Prinzip haben wir die Funktion jetzt schon in die Scheitelpunktform gebracht: 5. Noch einmal die Funktion vereinfachen und sie befindet sich in der Scheitelpunktform: Quadratische Ergänzung geometrisch veranschaulicht Bei der geometrischen Darstellung der quadratischen Ergänzung spielt c keine Rolle, da es eine unabhängige Konstante ist. Für a wird der Wert 1 angenommen. Rechner für quadratische Ergänzung
Fall: $$x+(1)/(3)= sqrt((4)/(9))$$ Fall: $$x+(1)/(3)=-sqrt((4)/(9))$$ Lösung Lösung: $$x+1/3 = 2/3$$ $$ rArr x_1=(2)/(3)-(1)/(3)=(1)/(3)$$ Lösung: $$x+1/3=-2/3$$ $$ rArr x_2=-(2)/(3)-(1)/(3)=-1$$ Lösungsmenge: $$L={(1)/(3);-1}$$ kann mehr: interaktive Übungen und Tests individueller Klassenarbeitstrainer Lernmanager
Beispiel $$3x^2+18=15x$$ $$|-15x$$ $$3x^2-15x+18=0$$ $$|:3$$ $$x^2-5x+6=0$$ Diese Form der Gleichung heißt Normalform. Die Gleichung hat einen Summanden mit $$x^2$$ ( quadratisches Glied), einen mit $$x$$ ( lineares Glied) und ein Summand ist eine Zahl ( absolutes Glied). Gleichungen der Form $$x^2 + px + q = 0$$ mit reellen Zahlen p und q sind quadratische Gleichungen in Normalform. Beispiel $$x^2-5x+6=0$$, $$p=-5$$ und $$q=6$$ quadratisches Glied: $$x^2$$ lineares Glied: $$-5x$$ absolutes Glied: $$6$$ Hier tritt das quadratische Glied mit dem Faktor $$1$$ auf. kann mehr: interaktive Übungen und Tests individueller Klassenarbeitstrainer Lernmanager Methode der quadratischen Ergänzung Die Methode der quadratischen Ergänzung kannst du zur Lösung der quadratischen Gleichungen in Normalform anwenden. Beispiel Löse die Gleichung $$x^2- 6x+5=0$$. Lösungsschritte Bringe das absolute Glied auf die andere Seite. $$x^2-6x+5=0$$ $$|-5$$ $$x^2-6x=-5$$ Welche Zahl musst du ergänzen, damit du bei der Summe $$x^2-6x$$ eine binomische Formel anwenden kannst?