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Logarithmusgleichungen

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Bestimme die exakte Lösung der Gleichung \(7 + 3 \cdot \ln(2x - 4) = 13\). Gib zudem den Definitionsbereich der Gleichung an.

Denkanstöße

- Welche Werte dürfen in eine Logarithmusfunktion eingesetzt werden? - Versuche zuerst, den Logarithmusausdruck alleine auf eine Seite der Gleichung zu bringen. - Wie kann man einen natürlichen Logarithmus „rückgängig“ machen? - Denke daran, am Ende zu prüfen, ob dein Ergebnis im erlaubten Bereich liegt.

Lösung

1. Definitionsbereich bestimmen: Das Argument des Logarithmus muss positiv sein, also \(2x - 4 > 0 \iff 2x > 4 \iff x > 2\). Somit ist \(D = \{x \in \mathbb{R} \mid x > 2\}\). 2. Gleichung nach dem Logarithmusterm isolieren: \(3 \cdot \ln(2x - 4) = 6 \iff \ln(2x - 4) = 2\). 3. Die Umkehrfunktion (Exponentialfunktion) anwenden: \(2x - 4 = e^2\). 4. Nach \(x\) auflösen: \(2x = e^2 + 4 \iff x = \frac{e^2}{2} + 2\). 5. Da \(e^2 > 0\), ist \(x = \frac{e^2}{2} + 2 > 2\), die Lösung liegt also im Definitionsbereich.

Antwort

\(D = ]2; \infty[\); \(x = \frac{e^2}{2} + 2\)
42759112
Bestimme die exakte Lösung der folgenden Gleichungen über der Grundmenge \(\mathbb{R}\). Achte dabei auf den Definitionsbereich der Logarithmusfunktion. a) \(8 - 3 \cdot \ln(x) = 2\) b) \(\ln(5x) = 10\) c) \(\ln(x^4) = 8\)

Denkanstöße

- Was ist die Umkehroperation der natürlichen Logarithmusfunktion? - Denke daran, die Gleichung zuerst so umzustellen, dass der Logarithmusterm allein auf einer Seite steht. - Beachte bei Potenzen innerhalb des Logarithmus, für welche Werte von \(x\) der Ausdruck definiert ist. - Wie viele Lösungen kann eine Gleichung der Form \(x^n = a\) haben, wenn \(n\) eine gerade Zahl ist?

Lösung

1. Teilaufgabe a): Subtraktion von \(8\) ergibt \(-3 \cdot \ln(x) = -6\). Division durch \(-3\) führt auf \(\ln(x) = 2\). Anwendung der Exponentialfunktion liefert \(x = e^2\). Da \(e^2 > 0\), liegt die Lösung im Definitionsbereich. 2. Teilaufgabe b): Anwendung der Exponentialfunktion auf beide Seiten ergibt \(5x = e^{10}\). Division durch \(5\) liefert \(x = \frac{1}{5} e^{10}\) (oder \(x = 0{,}2 \cdot e^{10}\)). Da der Wert positiv ist, ist die Lösung gültig. 3. Teilaufgabe c): Anwendung der Exponentialfunktion ergibt \(x^4 = e^8\). Das Ziehen der vierten Wurzel liefert \(|x| = \sqrt[4]{e^8} = e^2\), woraus die zwei Lösungen \(x_1 = e^2\) und \(x_2 = -e^2\) folgen. Da für \(x^4\) nur \(x \neq 0\) gelten muss, sind beide Lösungen zulässig.

Antwort

a) \(x = e^2\) b) \(x = \frac{1}{5} e^{10}\) c) \(x_1 = e^2\); \(x_2 = -e^2\)
42768312
Gegeben ist die Funktion \(f: x \mapsto \ln(5 - e^x)\) mit dem maximalen Definitionsbereich \(D\). a) Bestimme \(D\). b) Berechne die Nullstelle der Funktion \(f\).

Denkanstöße

- Überlege dir, welche Werte man in eine Logarithmusfunktion einsetzen darf. - Wie hängen die Exponentialfunktion und die Logarithmusfunktion zusammen? - Was muss für den Term im Logarithmus gelten, damit der Funktionswert Null wird? - Prüfe am Ende, ob dein Ergebnis im Definitionsbereich liegt.

Lösung

1. Bestimmung des Definitionsbereichs: Das Argument des Logarithmus muss positiv sein, also \(5 - e^x > 0\). 2. Umformung der Ungleichung: \(e^x < 5\). Durch Anwendung des natürlichen Logarithmus folgt \(x < \ln(5)\). Somit ist \(D = ]-\infty; \ln(5)[\). 3. Berechnung der Nullstelle: Ansatz \(f(x) = 0 \implies \ln(5 - e^x) = 0\). 4. Auflösen der Logarithmusgleichung: \(5 - e^x = e^0 = 1\). 5. Isolieren von \(x\): \(e^x = 4\), woraus \(x = \ln(4)\) folgt. Da \(\ln(4) < \ln(5)\), liegt der Wert im Definitionsbereich.

Antwort

a) \(D = ]-\infty; \ln(5)[\) b) \(x = \ln(4)\)
42770712
Bestimme die Lösungsmenge der folgenden Gleichungen über der Grundmenge \(\mathbb{R}\). Achte dabei auf den Definitionsbereich der Logarithmusfunktion. a) \(3 \cdot \ln(x) + 1 = 7\) b) \(\ln(x^2) + \ln(x) = 6\) c) \(2 \cdot \ln(\sqrt{x}) = 4\) d) \(\ln(4x) = -2\)

Denkanstöße

- Welche Umkehroperationen heben den natürlichen Logarithmus auf? - Erinnerst du dich an die Logarithmusgesetze für Potenzen und Produkte? - Welche Werte dürfen für das Argument des Logarithmus eingesetzt werden? - Kannst du die Gleichung zuerst so umformen, dass der Logarithmus-Term allein auf einer Seite steht?

Lösung

1. Teilaufgabe a): Subtraktion von 1 ergibt \(3 \cdot \ln(x) = 6\). Division durch 3 führt zu \(\ln(x) = 2\). Anwendung der Exponentialfunktion liefert \(x = e^2\). 2. Teilaufgabe b): Unter Verwendung der Logarithmusgesetze gilt \(\ln(x^2) = 2\ln(x)\) für \(x > 0\). Die Gleichung wird zu \(2\ln(x) + \ln(x) = 6\), also \(3\ln(x) = 6\). Dies ergibt \(\ln(x) = 2\) und somit \(x = e^2\). 3. Teilaufgabe c): Da \(\ln(\sqrt{x}) = \ln(x^{1/2}) = \frac{1}{2}\ln(x)\), vereinfacht sich die Gleichung zu \(2 \cdot \frac{1}{2}\ln(x) = 4\), also \(\ln(x) = 4\). Die Lösung ist \(x = e^4\). 4. Teilaufgabe d): Anwendung der Exponentialfunktion auf beiden Seiten ergibt \(4x = e^{-2}\). Division durch 4 führt zu \(x = \frac{1}{4}e^{-2} = \frac{1}{4e^2}\).

Antwort

a) \(L = \{e^2\}\) b) \(L = \{e^2\}\) c) \(L = \{e^4\}\) d) \(L = \{\frac{1}{4e^2}\}\)
42986812
Der Graph einer Funktion \(g\) mit der Gleichung \(g(x) = \log_b(x + 5) - 2\) schneidet die \(y\)-Achse an der Stelle \(y = -1\). Berechne den Wert der Basis \(b\).

Denkanstöße

- Welche Koordinate eines Punktes ist immer Null, wenn er auf der \(y\)-Achse liegt? - Setze die entsprechende Koordinate in die Funktionsgleichung ein. - Isoliere den Logarithmus-Ausdruck in der Gleichung. - Erinnere dich an den Zusammenhang zwischen Logarithmus und Basis. - Welcher Exponent führt dazu, dass das Ergebnis der Potenz genau der Basis entspricht?

Lösung

1. Bestimmung der Koordinaten des Schnittpunkts mit der \(y\)-Achse: Da der Schnittpunkt auf der \(y\)-Achse liegt, ist \(x = 0\). Der Punkt ist somit \(S(0 | -1)\). 2. Einsetzen der Koordinaten in die Funktionsgleichung: \(-1 = \log_b(0 + 5) - 2\) 3. Vereinfachen und Isolieren des Logarithmus: \(\log_b(5) = 1\) 4. Umwandlung in die Potenzform: \(b^1 = 5\) 5. Bestimmung der Basis: \(b = 5\)

Antwort

Die Basis ist \(b = 5\).
42986912
Bestimme für die folgenden Gleichungen jeweils die Basis \(b\). Beachte dabei die Definitionsmenge für die Basis eines Logarithmus (\(b \in \mathbb{R}^+ \setminus \{1\}\)). a) \(\log_b 125 = 3\) b) \(\log_b 0{,}01 = -2\) c) \(\log_b \frac{1}{8} = -3\) d) \(\log_b 7 = 0{,}5\)

Denkanstöße

- Wie lautet die Definition des Logarithmus als Exponentialgleichung? - Kannst du die Dezimalzahlen oder Brüche als Potenzen einer Zahl schreiben? - Welche Rechenoperation macht ein Potenzieren mit \(3\) oder ein Radizieren (Wurzelziehen) rückgängig? - Denk daran, dass die Basis \(b\) immer positiv sein muss.

Lösung

Die Lösung erfolgt durch Umwandlung der Logarithmusgleichung in die entsprechende Potenzform \(b^c = a\). 1. Zu a): Aus \(\log_b 125 = 3\) folgt \(b^3 = 125\). Durch Ziehen der dritten Wurzel ergibt sich \(b = \sqrt[3]{125} = 5\). 2. Zu b): Aus \(\log_b 0{,}01 = -2\) folgt \(b^{-2} = 0{,}01\). Dies entspricht \(\frac{1}{b^2} = \frac{1}{100}\), woraus \(b^2 = 100\) folgt. Da \(b > 0\) sein muss, ist \(b = 10\). 3. Zu c): Aus \(\log_b \frac{1}{8} = -3\) folgt \(b^{-3} = \frac{1}{8}\). Dies entspricht \(\frac{1}{b^3} = \frac{1}{8}\), woraus \(b^3 = 8\) folgt. Somit ist \(b = 2\). 4. Zu d): Aus \(\log_b 7 = 0{,}5\) folgt \(b^{0{,}5} = 7\), also \(\sqrt{b} = 7\). Durch Quadrieren erhält man \(b = 7^2 = 49\).

Antwort

a) \(b = 5\) b) \(b = 10\) c) \(b = 2\) d) \(b = 49\)
42987112
Bestimme den Wert der Basis \(b\) (\(b \in \mathbb{R}^+ \setminus \{1\}\)), für den die folgende Gleichung erfüllt ist: \[\log_b(81) = 4\]

Denkanstöße

- Überlege dir, wie der Logarithmus als Umkehroperation zur Potenzierung definiert ist. - Kannst du die Gleichung in der Form „Basis hoch Ergebnis gleich Numerus“ schreiben? - Welche Zahl ergibt hoch vier gerechnet genau \(81\)?

Lösung

1. Anwendung der Definition des Logarithmus zur Umformung in eine Potenzgleichung: \(b^4 = 81\). 2. Bestimmung der vierten Wurzel aus \(81\): Da \(3^4 = 81\) und die Basis \(b\) laut Definition positiv sein muss, ergibt sich \(b = 3\).

Antwort

\(b = 3\)
42626912
Ein Schüler löst die Gleichung \(\ln(x^6) = 12\) mit folgendem Rechenweg: 1. \(\ln(x^6) = 12\) 2. \(6 \cdot \ln(x) = 12\) 3. \(\ln(x) = 2\) 4. \(x = e^2\) Erläutere, warum dieser Lösungsweg im Vergleich zur ursprünglichen Gleichung die Menge der möglichen Lösungen einschränkt, und gib die vollständige Lösungsmenge \(L\) an.

Denkanstöße

- Welche Zahlen darf man für \(x\) in \(\ln(x^6)\) einsetzen und welche in \(\ln(x)\)? - Was passiert mit dem Vorzeichen einer negativen Zahl, wenn man sie mit einer geraden Zahl potenziert? - Überlege, ob es eine Logarithmusregel gibt, die auch negative Werte für die Basis der Potenz berücksichtigt. - Gibt es neben \(e^2\) noch eine andere Zahl, deren sechste Potenz \(e^{12}\) ergibt?

Lösung

1. Die Definitionsmenge der ursprünglichen Funktion \(f(x) = \ln(x^6)\) ist \(D = \mathbb{R} \setminus \{0\}\), da \(x^6\) für alle \(x \neq 0\) positiv ist. 2. Durch die Anwendung der Logarithmusregel \(\ln(a^k) = k \cdot \ln(a)\) in Schritt 2 wird der Definitionsbereich auf \(x > 0\) eingeschränkt, da das Argument des Logarithmus nun \(x\) lautet. 3. Die korrekte Umformung unter Beibehaltung des Definitionsbereichs lautet \(\ln(x^6) = 6 \cdot \ln(|x|)\). 4. Berechnung der vollständigen Lösung: \(6 \cdot \ln(|x|) = 12 \Leftrightarrow \ln(|x|) = 2 \Leftrightarrow |x| = e^2\). 5. Daraus ergeben sich die zwei Lösungen \(x_1 = e^2\) und \(x_2 = -e^2\). 6. Alternativer Weg: \(\ln(x^6) = 12 \Leftrightarrow x^6 = e^{12} \Leftrightarrow x = \pm \sqrt[6]{e^{12}} = \pm e^2\).

Antwort

Der Lösungsweg ist unvollständig, da die Anwendung der Logarithmusregel \(\ln(x^6) = 6 \cdot \ln(x)\) implizit \(x > 0\) voraussetzt und somit negative Lösungen ausschließt. Die ursprüngliche Gleichung ist jedoch auch für negative \(x\) definiert. Die vollständige Lösungsmenge ist \(L = \{-e^2; e^2\}\).
42627012
Bestimme die Lösungsmenge \(L\) der Gleichung \(\ln((x-5)^2) = 2 \cdot \ln(3)\) über der Grundmenge \(\mathbb{R}\). Achte dabei besonders auf die Definitionsmenge der Gleichung und begründe deine Schritte.

Denkanstöße

- Wann ist der Ausdruck innerhalb des Logarithmus größer als Null? - Kannst du die rechte Seite der Gleichung so umformen, dass sie ebenfalls als ein einzelner Logarithmus erscheint? - Denk daran, dass eine Gleichung der Form \(a^2 = b^2\) oft mehr als eine Lösung hat. - Wie verhält sich das Quadrat einer negativen Zahl im Vergleich zum Quadrat einer positiven Zahl?

Lösung

1. Bestimmung der Definitionsmenge: Das Argument \((x-5)^2\) muss positiv sein. Dies ist für alle \(x \in \mathbb{R}\) außer \(x = 5\) der Fall. Also \(D = \mathbb{R} \setminus \{5\}\). 2. Anwendung der Logarithmusregeln oder direkte Exponentialfunktion: Variante A: \(\ln((x-5)^2) = \ln(3^2) = \ln(9)\). Durch Entlogarithmieren folgt \((x-5)^2 = 9\). Variante B: \(2 \cdot \ln(|x-5|) = 2 \cdot \ln(3) \Leftrightarrow \ln(|x-5|) = \ln(3) \Leftrightarrow |x-5| = 3\). 3. Lösen der quadratischen Gleichung bzw. Betragsgleichung: \((x-5)^2 = 9 \Leftrightarrow x-5 = 3\) oder \(x-5 = -3\). 4. Berechnung der Werte: \(x_1 = 8\) und \(x_2 = 2\). 5. Überprüfung mit der Definitionsmenge: Beide Werte liegen in \(D\).

Antwort

Die Definitionsmenge ist \(D = \mathbb{R} \setminus \{5\}\). Durch Umformung erhält man \((x-5)^2 = 3^2 = 9\). Die Lösungen dieser Gleichung sind \(x_1 = 8\) und \(x_2 = 2\). Die Lösungsmenge ist \(L = \{2; 8\}\).
42758412
Ermittle die Lösungsmenge der Gleichung \(\ln(x + 6) + \ln(x) = \ln(27)\) über der Grundmenge \(\mathbb{R}\).

Denkanstöße

- Gibt es ein Gesetz, mit dem man zwei Logarithmen, die addiert werden, zusammenfassen kann? - Was muss für die Zahlen gelten, die du in den Logarithmus einsetzt? - Wenn auf beiden Seiten der Gleichung nur noch ein Logarithmus mit derselben Basis steht, was kannst du über deren Argumente sagen? - Prüfe nach dem Lösen der entstandenen Gleichung, ob alle gefundenen Werte auch in die ursprüngliche Gleichung eingesetzt werden dürfen.

Lösung

1. Definitionsbereich festlegen: Es muss gelten \(x + 6 > 0\) und \(x > 0\). Daraus folgt \(x > 0\), also \(D = \mathbb{R}^+\). 2. Logarithmengesetz für Summen anwenden: \(\ln((x + 6) \cdot x) = \ln(27)\). 3. Durch Anwendung der Exponentialfunktion die Logarithmen entfernen: \(x^2 + 6x = 27\). 4. Die quadratische Gleichung in Normalform bringen: \(x^2 + 6x - 27 = 0\). 5. Lösungen der quadratischen Gleichung bestimmen (z. B. mit der \(p\)-\(q\)-Formel): \(x_{1,2} = -3 \pm \sqrt{9 + 27} = -3 \pm 6\). Dies ergibt \(x_1 = 3\) und \(x_2 = -9\). 6. Abgleich mit dem Definitionsbereich: Nur \(x_1 = 3\) liegt in \(D\). Somit ist \(L = \{3\}\).

Antwort

\(L = \{3\}\)
42759212
Bestimme die exakte Lösung der folgenden Gleichungen. Berücksichtige dabei die Definitionsmenge der beteiligten Terme. a) \(\ln\left(\frac{1}{x}\right) = 4\) b) \(\frac{4}{\ln(x) + 1} = 2\) c) \(\ln(\sqrt{x + 1}) = 1\)

Denkanstöße

- Kannst du die Gleichung durch Anwendung der Exponentialfunktion vereinfachen? - Gibt es Rechenregeln für Logarithmen, mit denen du Brüche oder Wurzeln innerhalb des Logarithmus umschreiben kannst? - Vergiss nicht zu prüfen, ob dein Ergebnis in den Definitionsbereich der ursprünglichen Gleichung passt. - Bei Brüchen in der Gleichung: Was darf der Nenner niemals werden?

Lösung

1. Teilaufgabe a): Anwendung der Exponentialfunktion ergibt \(\frac{1}{x} = e^4\). Durch Bilden des Kehrwerts erhält man \(x = \frac{1}{e^4} = e^{-4}\). Da \(e^{-4} > 0\), ist die Lösung im Definitionsbereich enthalten. 2. Teilaufgabe b): Multiplikation mit dem Nenner (unter der Bedingung \(\ln(x) \neq -1\)) ergibt \(4 = 2 \cdot (\ln(x) + 1)\). Division durch \(2\) führt zu \(2 = \ln(x) + 1\), woraus \(\ln(x) = 1\) folgt. Anwendung der Exponentialfunktion liefert \(x = e\). Da \(e > 0\) und \(\ln(e) = 1 \neq -1\), ist dies die gültige Lösung. 3. Teilaufgabe c): Anwendung der Exponentialfunktion ergibt \(\sqrt{x + 1} = e^1 = e\). Quadrieren beider Seiten führt zu \(x + 1 = e^2\). Subtraktion von \(1\) ergibt \(x = e^2 - 1\). Da \(e^2 - 1 > -1\), ist der Ausdruck unter der Wurzel positiv und die Lösung somit gültig.

Antwort

a) \(x = e^{-4}\) b) \(x = e\) c) \(x = e^2 - 1\)
42766912
Löse die folgende Gleichung nach \(x\) auf: \(2 \cdot \ln(x + 1) - 4 = 2\)

Denkanstöße

- Was ist die Umkehrfunktion des natürlichen Logarithmus? - Kannst du die Gleichung so umformen, dass der Logarithmus-Ausdruck allein auf einer Seite steht? - Wie verhält sich der Definitionsbereich bei Logarithmusfunktionen? - Kannst du die Basis \(e\) nutzen, um den Logarithmus zu eliminieren?

Lösung

1. Addition von 4 auf beiden Seiten der Gleichung führt zu \(2 \cdot \ln(x + 1) = 6\). 2. Division der gesamten Gleichung durch 2 ergibt \(\ln(x + 1) = 3\). 3. Anwendung der Exponentialfunktion auf beide Seiten liefert \(x + 1 = e^3\). 4. Subtraktion von 1 ergibt die Lösung \(x = e^3 - 1\). 5. Eine Überprüfung des Definitionsbereichs (\(x + 1 > 0\)) zeigt, dass \(e^3 - 1 \approx 19{,}09\) eine gültige Lösung ist.

Antwort

\(x = e^3 - 1\)
42770812
Löse die folgenden Gleichungen exakt nach \(x\). Berücksichtige dabei die notwendigen Bedingungen für die Definitionsmenge. a) \(\frac{4}{\ln(x)} = 2\) b) \(\ln(2x - 5) = 3\) c) \((\ln(x))^2 = 16\) d) \(\ln\left(\frac{1}{x}\right) = 5\)

Denkanstöße

- Was passiert, wenn eine Variable im Nenner eines Bruchs steht? - Denk daran, dass eine quadratische Gleichung der Form \(u^2 = a\) zwei Lösungen haben kann. - Wie verhält sich der Logarithmus bei einem Bruch als Argument? - Achte darauf, dass das Innere des Logarithmus immer positiv sein muss.

Lösung

1. Teilaufgabe a): Multiplikation mit \(\ln(x)\) und Division durch 2 ergibt \(\ln(x) = 2\). Die Anwendung der \(e\)-Funktion liefert \(x = e^2\). Bedingung: \(x > 0\) und \(\ln(x) \neq 0\). 2. Teilaufgabe b): Anwendung der Exponentialfunktion ergibt \(2x - 5 = e^3\). Addition von 5 und Division durch 2 führt zu \(x = \frac{e^3 + 5}{2}\). 3. Teilaufgabe c): Das Ziehen der Quadratwurzel liefert zwei Fälle: \(\ln(x) = 4\) oder \(\ln(x) = -4\). Daraus folgen die Lösungen \(x_1 = e^4\) und \(x_2 = e^{-4}\). 4. Teilaufgabe d): Anwendung der \(e\)-Funktion ergibt \(\frac{1}{x} = e^5\). Bilden des Kehrwerts führt zu \(x = \frac{1}{e^5} = e^{-5}\). Alternativ kann das Logarithmusgesetz \(\ln(1/x) = -\ln(x)\) genutzt werden.

Antwort

a) \(x = e^2\) b) \(x = \frac{e^3 + 5}{2}\) c) \(x_1 = e^4\); \(x_2 = e^{-4}\) d) \(x = e^{-5}\)
42986712
Bestimme die Basis \(b > 0\) (\(b \neq 1\)) der Logarithmusfunktion \(f\) mit \(f(x) = 3 \cdot \log_b(x)\), wenn bekannt ist, dass der Graph der Funktion durch den Punkt \(P(32 | 7{,}5)\) verläuft.

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Funktionsgleichung, wenn ein Punkt auf dem Graphen liegt? - Kannst du die Gleichung zuerst so umformen, dass der Logarithmus alleine auf einer Seite steht? - Wie lautet die Definition des Logarithmus als Umkehrung der Potenz? - Hilft es dir, die Dezimalzahl im Exponenten als Bruch zu schreiben? - Kannst du die Zahl 32 als Potenz einer kleineren Basis ausdrücken?

Lösung

1. Einsetzen der Koordinaten des Punktes \(P(32 | 7{,}5)\) in die Funktionsgleichung: \(7{,}5 = 3 \cdot \log_b(32)\) 2. Isolation des Logarithmus durch Division durch 3: \(\log_b(32) = 2{,}5\) 3. Anwendung der Definition des Logarithmus zur Umwandlung in eine Potenzgleichung: \(b^{2{,}5} = 32\) 4. Umschreiben des Exponenten als Bruch: \(b^{\frac{5}{2}} = 32\) 5. Auflösen nach \(b\) durch Potenzieren mit dem Kehrwert des Exponenten: \(b = 32^{\frac{2}{5}}\) 6. Berechnung des Wertes unter Verwendung von \(32 = 2^5\): \(b = (2^5)^{\frac{2}{5}} = 2^2 = 4\)

Antwort

Die Basis ist \(b = 4\).
42987012
Ermittle die Basis \(b\), für die die folgenden Gleichungen erfüllt sind: a) \(\log_b \frac{27}{8} = -3\) b) \(\log_b 32 = 2{,}5\) c) \(\log_b \sqrt[3]{49} = \frac{2}{3}\) d) \(\log_b 0{,}0625 = -2\)

Denkanstöße

- Es hilft oft, Dezimalzahlen in Brüche umzuwandeln. - Versuche, beide Seiten der Gleichung auf denselben Exponenten zu bringen. - Erinnere dich an die Potenzgesetze, insbesondere \(a^{-n} = \frac{1}{a^n}\) und \(a^{\frac{m}{n}} = \sqrt[n]{a^m}\). - Was passiert, wenn du beide Seiten einer Gleichung mit demselben Kehrwert des Exponenten potenzierst?

Lösung

Die Gleichungen werden unter Verwendung der Definition \(\log_b a = c \iff b^c = a\) gelöst. 1. Zu a): \(b^{-3} = \frac{27}{8}\). Dies ist gleichbedeutend mit \(\left(\frac{1}{b}\right)^3 = \left(\frac{3}{2}\right)^3\). Daraus folgt \(\frac{1}{b} = \frac{3}{2}\), also \(b = \frac{2}{3}\). 2. Zu b): \(b^{2{,}5} = 32\). Da \(2{,}5 = \frac{5}{2}\) und \(32 = 2^5\), gilt \(b^{5/2} = 2^5\). Durch Potenzieren beider Seiten mit \(\frac{2}{5}\) erhält man \(b = (2^5)^{2/5} = 2^2 = 4\). 3. Zu c): \(b^{2/3} = \sqrt[3]{49} = 49^{1/3}\). Da \(49 = 7^2\), gilt \(b^{2/3} = (7^2)^{1/3} = 7^{2/3}\). Ein Vergleich der Exponenten liefert direkt \(b = 7\). 4. Zu d): \(b^{-2} = 0{,}0625\). Da \(0{,}0625 = \frac{625}{10\,000} = \frac{1}{16}\), gilt \(\frac{1}{b^2} = \frac{1}{16}\). Daraus folgt \(b^2 = 16\), und wegen \(b > 0\) ist \(b = 4\).

Antwort

a) \(b = \frac{2}{3}\) b) \(b = 4\) c) \(b = 7\) d) \(b = 4\)
42767012
Bestimme die Lösungsmenge der Gleichung: \(\ln(x) + \ln(x - 3) = \ln(10)\)

Denkanstöße

- Gibt es eine Regel, mit der man zwei addierte Logarithmen zusammenfassen kann? - Wie kannst du den Logarithmus auf beiden Seiten der Gleichung entfernen? - Welche Art von Gleichung entsteht, wenn du die Logarithmen entfernt hast? - Achte besonders darauf, welche Werte du überhaupt in die ursprünglichen Logarithmen einsetzen darfst.

Lösung

1. Anwendung des Logarithmusgesetzes für Summen ergibt \(\ln(x \cdot (x - 3)) = \ln(10)\). 2. Durch Anwendung der Exponentialfunktion auf beide Seiten (Entlogarithmieren) erhält man die quadratische Gleichung \(x^2 - 3x = 10\). 3. Umformung in die Normalform \(x^2 - 3x - 10 = 0\). 4. Lösen der quadratischen Gleichung (z. B. mit der p-q-Formel) ergibt die potenziellen Lösungen \(x_1 = 5\) und \(x_2 = -2\). 5. Prüfung des Definitionsbereichs der Ausgangsgleichung: Es muss \(x > 0\) und \(x - 3 > 0\) gelten, also insgesamt \(x > 3\). 6. Da nur \(x = 5\) die Bedingung \(x > 3\) erfüllt, ist \(x_2 = -2\) keine gültige Lösung.

Antwort

\(L = \{5\}\)
42768412
Betrachte die Funktion \(g(x) = \sqrt{\ln(x^2 - 3)}\) mit ihrem maximalen Definitionsbereich \(D\). a) Ermittle \(D\). b) Bestimme alle Werte \(x \in D\), für die der Funktionswert \(\sqrt{\ln(13)}\) beträgt.

Denkanstöße

- Welche zwei Bedingungen müssen erfüllt sein, damit eine Wurzel aus einem Logarithmus definiert ist? - Wann ist ein natürlicher Logarithmus größer oder gleich Null? - Wie kannst du eine Gleichung lösen, bei der auf beiden Seiten eine Wurzel steht? - Denke daran, dass eine quadratische Gleichung der Form \(x^2 = a\) zwei Lösungen haben kann.

Lösung

1. Bestimmung des Definitionsbereichs: Der Term unter der Wurzel muss nicht-negativ sein (\(\ln(x^2 - 3) \ge 0\)) und das Argument des Logarithmus muss positiv sein (\(x^2 - 3 > 0\)). 2. Lösen der Ungleichung \(\ln(x^2 - 3) \ge 0\): Dies entspricht \(x^2 - 3 \ge e^0 = 1\), also \(x^2 \ge 4\). 3. Ergebnis für \(D\): Aus \(x^2 \ge 4\) folgt \(|x| \ge 2\), also \(D = ]-\infty; -2] \cup [2; \infty[\). (Die Bedingung \(x^2 - 3 > 0\) ist dabei automatisch erfüllt). 4. Lösen der Gleichung \(g(x) = \sqrt{\ln(13)}\): Quadrieren liefert \(\ln(x^2 - 3) = \ln(13)\). 5. Argumentvergleich: \(x^2 - 3 = 13 \implies x^2 = 16\). 6. Resultat: \(x_1 = 4\) und \(x_2 = -4\). Beide Werte liegen in \(D\).

Antwort

a) \(D = ]-\infty; -2] \cup [2; \infty[\) b) \(x_1 = 4, x_2 = -4\)
42987212
Bestimme die Lösungsmenge \(L\) der folgenden Logarithmusgleichung: \[\log_2(x^2 + 2x) = 3\]

Denkanstöße

- Versuche zuerst, den Logarithmus durch Anwendung der Definition zu eliminieren, sodass eine quadratische Gleichung entsteht. - Wie löst du eine Gleichung der Form \(x^2 + px + q = 0\)? - Vergiss nicht zu prüfen, ob deine gefundenen Werte für \(x\) im Numerus des Logarithmus zu einem positiven Ergebnis führen.

Lösung

1. Umformung der Gleichung mittels der Definition des Logarithmus in die Potenzform: \(x^2 + 2x = 2^3\). 2. Berechnung der Potenz und Umstellung der Gleichung in eine quadratische Normalform: \(x^2 + 2x - 8 = 0\). 3. Anwendung der \(p,q\)-Formel oder Faktorisierung zur Bestimmung der Nullstellen: \(x_{1,2} = -1 \pm \sqrt{1 + 8}\), woraus \(x_1 = 2\) und \(x_2 = -4\) folgen. 4. Überprüfung der Lösungen anhand der Definitionsbedingung (\(x^2 + 2x > 0\)): Da sowohl \(2^2 + 2 \cdot 2 = 8\) als auch \((-4)^2 + 2 \cdot (-4) = 8\) größer als Null sind, liegen beide Werte im Definitionsbereich.

Antwort

\(L = \{-4; 2\}\)

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