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Nullstellen - abc-Lösungsformel

Zur Orientierung

Eine Nullstelle einer Funktion $f$ ist eine Zahl (bzw. Stelle) $\textcolor{red}{x}$, die die Bedingung $f(\textcolor{red}{x}) = 0$ erfüllt.

Anschaulich ist eine Nullstelle eine Stelle, an der der Graph der Funktion die $x$-Achse schneidet oder berührt.

Graph mit den Nullstellen -5 und 1

Im letzten Abschnitt wurden die Nullstellen einer quadratischen Funktion mit Hilfe von Basisstrategien bestimmt. Diese Strategien sind allerdings nur in speziellen Parameter-Situationen anwendbar. Wir betrachten hier eine Strategie, die immer anwendbar ist. Wir benutzen hierzu eine Lösungsformel zur Bestimmung der Nullstellen einer quadratischen Funktion. Beachte, dass diese Formel komplex (und daher bei der Verwendung auch fehleranfällig) ist. Versuche daher immer erst, eine Basisstrategie bei der Nullstellenbestimmung anzuwenden.

Eine Lösungsformel verwenden

Im folgenden Applet wird die sogenannte abc-Formel zur Nullstellenbestimmung bei quadratischen Funktionen benutzt.

Zum Herunterladen: nullstellenqf.ggb

Aufgabe 1

Mache dich nochmal mit der abc-Formel vertraut. Erkläre anhand des Applets, wie man mit dieser Formel die Nullstellen einer quadratischen Funktion bestimmt.

Aufgabe2

Bestimme analog die Nullstellen der folgenden Funktionen.

  1. $f(x) = x^2 - 5x + 4$
  2. $f(x) = x^2 + x -2$
  3. $f(x) = x^2 - 4x +4$
  4. $f(x) = \frac{1}{10}x^2 - \frac{3}{2}x +5$
  5. $f(x) = x^2 + 2$
Zur Kontrolle
  1. $x_1 = 1$; $x_2 = 4$
  2. $x_1 = -2$; $x_2 = 1$
  3. $x_1 = 2$; $x_2 = 2$
  4. $x_1 = -5$; $x_2 = -10$
  5. Es gibt keine Nullstellen.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

abc-Formel

Die quadratische Gleichung $\textcolor[rgb]{0,0.6,1}{a} \cdot \color{black}x^2 + \textcolor[rgb]{1,0.4,0}{b} \cdot \color{black}x + \textcolor[rgb]{0.4,0.6,0}{c}$ (mit $a \neq 0$) hat die folgenden Lösungen:

$x_{1/2} = \displaystyle{\frac{-\textcolor[rgb]{1,0.4,0}{b} \pm \sqrt{\textcolor[rgb]{1,0.4,0}{b}^2 - 4\textcolor[rgb]{0,0.6,1}{a}\textcolor[rgb]{0.4,0.6,0}{c}}}{2\textcolor[rgb]{0,0.6,1}{a}}}$

Beachte, dass hier auch der Fall eintreten kann, dass es keine Lösung gibt, wenn eine negative Zahl unter der Wurzel vorliegt.

Beispiel

Für $f(x) = \textcolor[rgb]{0,0.6,1}{\underbrace{-1}_{a}} x^2 + \textcolor[rgb]{1,0.4,0}{\underbrace{8}_{b}} x + \textcolor[rgb]{0.4,0.6,0}{\underbrace{(-7)}_{c}}$ erhält man:

$x_{1/2} = \displaystyle{\frac{-\textcolor[rgb]{1,0.4,0}{8} \pm \sqrt{\textcolor[rgb]{1,0.4,0}{8}^2 - 4\textcolor[rgb]{0,0.6,1}{(-1)}\textcolor[rgb]{0.4,0.6,0}{(-7)}}}{2\textcolor[rgb]{0,0.6,1}{(-1)}}} = \displaystyle{\frac{-8 \pm \sqrt{64-28}}{-2}} = 4 \pm 3$

Ergebnis: Die gesuchten Nullstellen sind $x_1 = 1$ und $x_2 = 7$.

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