Gleichungen lösen â Wie mach ich das? - HIB
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<strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen – <strong>Wie</strong> <strong>mach</strong> <strong>ich</strong> <strong>das</strong>?<br />
Wozu ist <strong>das</strong> gut?<br />
Ein alter Bauer sagt: „Ich habe einige Hühner und Schafe. Gemeinsam sind wir eine fröhl<strong>ich</strong>e achtköpfige<br />
Familie mit 24 Füßen.“<br />
Können wir herausfinden, wie viele Hühner und Schafe der Bauer besitzt? Wenn wir seinen eigenen Kopf und<br />
seine 2 Füße abziehen, bleiben 7 Tiere mit insgesamt 22 Füßen übrig. Hühner haben bekanntl<strong>ich</strong> 2, Schafe 4<br />
Füße.<br />
Nun geben wir jedem dieser 7 Tierköpfe 2 Füße zum Stehen, <strong>das</strong> <strong>mach</strong>t 14 Füße, und uns bleiben noch<br />
22-14 = 8 übrig. Das müssen die fehlenden Vorderbeine der Schafe sein, sie gehören zu 8:2 = 4 Tieren, somit<br />
hat der Bauer 4 Schafe. Da insgesamt 7 Tiere da sind, sind 7-4 = 3 Hühner.<br />
Muss man jedes Beispiel so 'umständl<strong>ich</strong>' überlegen? Und was tun, wenn die Zahlen n<strong>ich</strong>t so schön im Kopf<br />
berechenbar sind?<br />
Für diesen Fall hat die Mathematik Tricks erfunden, die <strong>das</strong> Lösen solcher Aufgaben zur Anwendung einer<br />
Folge von einfachen Rechenschritten <strong>mach</strong>en. Allerdings muss man zuerst die gestellte Aufgabe in die<br />
'mathematische Sprache' übersetzen, also den Text der Aufgabe als Zusammenhang zwischen Zahlen<br />
formulieren.<br />
Für obiges Beispiel könnten wir sagen: H sei die Anzahl der Hühner, sie haben 2H Füße. S sei die Anzahl der<br />
Schafe, sie haben 4S Füße. Die Summe von H und S hat der Bauer verraten, die Summe von 2H und 4S<br />
ebenfalls. Wir gelangen durch diese zwei Informationen zu zwei <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong><br />
H + S = 7<br />
2H + 4S = 22<br />
und die können wir mithilfe einer 'Rechenvorschrift' lösen.<br />
Wir finden die Antwort also in 3 Schritten:<br />
1.) Wir übersetzen die Angabe in eine oder mehrere <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong>. Das ist Mathematik. Wir erfinden ein<br />
Modell, <strong>das</strong> die gegebenen Informationen in der Sprache von Variablen und Zahlen beschreibt.<br />
2.) Wir lösen die dabei entstandenen Gle<strong>ich</strong>ung(en). Das ist eher langweiliges Rechnen, stur nach Vorschrift.<br />
Manchen gefällt es trotzdem. Allerdings ist <strong>das</strong> der Teil, den ein Computer besser kann.<br />
3) Wir geben den errechneten Zahlen eine Bedeutung, indem wir aus ihnen die Antwort auf die gestellte<br />
Frage ableiten. Das ist wieder Mathematik.<br />
Querverbindung: <strong>Wie</strong> berechnet die NASA Flugbahnen von Raumschiffen?<br />
1.) Physiker formulieren die auftretenden Kräfte und Gesetze mathematisch.<br />
2.) Mathematiker lösen die <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> und berechnen Ergebnisse<br />
3.) Physiker übersetzen die Lösung zurück in die gesuchten Werte (Abschusswinkel, Brennstoffverbrauch,<br />
Flugdauer,...)<br />
Das Lösen von <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> ist demnach ein technisches 'Handwerkszeug' der Mathematiker, um rasch und<br />
ohne viele Umstände die Lösung von Aufgaben finden zu können.<br />
Schau ins Schulbuch – was wird hauptsächl<strong>ich</strong> vom Schüler verlangt? R<strong>ich</strong>tig – <strong>das</strong> Lösen von <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong>.<br />
Leider wird viel zu viel Wert auf die reine Rechnerei gelegt und die Fähigkeit des Aufgabenlösens (der<br />
spannende Teil und die einzige Rechtfertigung, warum ein Schüler überhaupt <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen können soll)<br />
stark vernachlässigt. Auch die neuen 'Kompetenzen' des Schülers erschöpfen s<strong>ich</strong> zumeist in motivationsarmen<br />
Rechenübungen.<br />
Trotzdem will <strong>ich</strong> Dir einen umfassenden Überblick geben, welche Techniken man beim Gle<strong>ich</strong>ungslösen<br />
anwenden kann.<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 1
Grundprinzip der Mathematiker:<br />
1.) Wir können einfache <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen<br />
2.) Wir lösen komplizierte <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong>, indem wir sie auf einfache <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> zurückführen.<br />
<strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> umformen<br />
Eine Gle<strong>ich</strong>ung besteht aus einem Term (auswertbarer mathematischer Ausdruck, man kann für die Variable<br />
eine Zahl einsetzen) links, einem Gle<strong>ich</strong>heitsze<strong>ich</strong>en, sowie einem auswertbaren Ausdruck rechts. Du kannst<br />
Dir <strong>das</strong> wie eine Balkenwaage vorstellen. Ein linkes Gew<strong>ich</strong>t, ein rechtes Gew<strong>ich</strong>t, und <strong>das</strong> Gle<strong>ich</strong>heitsze<strong>ich</strong>en<br />
besagt, <strong>das</strong>s die beiden Seiten gle<strong>ich</strong> schwer sind.<br />
Die Lösung(en) zu finden bedeutet, alle Zahlenwerte zu entdecken, die man für die Variablen rechts und links<br />
einsetzen kann, so<strong>das</strong>s beide Terme den selben Wert ergeben.<br />
Was können wir mit <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> tun? Anders formuliert – was dürfen wir mit <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> <strong>mach</strong>en, ohne ihre<br />
Lösungen zu verändern (Äquivalenzumformungen)?<br />
- wir können links und rechts gle<strong>ich</strong>e Gew<strong>ich</strong>tsstücke hinzufügen oder wegnehmen:<br />
L = R<br />
L+a = R+a<br />
L-a = R-a<br />
- wir können rechts und links <strong>das</strong> Gew<strong>ich</strong>t z.B verdoppeln oder halbieren – die Waage ist immer noch im<br />
Gle<strong>ich</strong>gew<strong>ich</strong>t<br />
L = R<br />
L*a = R*a<br />
L/a = R/a (a sollte n<strong>ich</strong>t Null sein)<br />
- gelegentl<strong>ich</strong> möchte man eine Gle<strong>ich</strong>ung auf beiden Seiten quadrieren. Das ist mögl<strong>ich</strong>, doch hat die Sache<br />
einen Haken. Man könnte dadurch zusätzl<strong>ich</strong>e Lösungen erzeugen, die gar n<strong>ich</strong>t Lösung der ursprüngl<strong>ich</strong>en<br />
Gle<strong>ich</strong>ung sind. Ein Beispiel:<br />
x = 3<br />
x 2 = 9<br />
Die erste Gle<strong>ich</strong>ung hat nur die Lösung 3, die zweite hat die Lösungen 3 und -3. Was folgt daraus: Wir müssen<br />
in diesem Fall die Probe <strong>mach</strong>en und in die ursprüngl<strong>ich</strong>e Gle<strong>ich</strong>ung einsetzen. Nur die Zahlen, die auch hier<br />
stimmen, sind Lösung.<br />
- Das Umformen von <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> funktioniert mit allen reellen (und sogar komplexen) Zahlen. Die 'Maschine'<br />
des Umformens kann Werte ergeben, die keine Lösungen sind, weil sie n<strong>ich</strong>t zur gestellten Aufgabe passen<br />
(Beispiel: Wir berechnen die Länge einer Quadratseite und erhalten die Werte -2 und 3. Klarerweise ist nur 3<br />
die Lösung). Die Maschine namens <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong>lösen hat ja keine Ahnung, was die Bedeutung der beteiligten<br />
Variablen ist. Diese Entscheidung können nur wir treffen, <strong>das</strong> kann der Mensch besser als der Computer.<br />
Eine andere S<strong>ich</strong>tweise der Äquivalenzumformungen:<br />
Warum forme <strong>ich</strong> eine Gle<strong>ich</strong>ung um? Weil die neue Gle<strong>ich</strong>ung einfacher ist als die zuvor, d.h. <strong>ich</strong> kann die<br />
Lösungen le<strong>ich</strong>ter erkennen. Stört m<strong>ich</strong> auf einer Seite etwas, dann kann <strong>ich</strong> es wegbekommen, indem <strong>ich</strong> auf<br />
der anderen Seite die ENTGEGENGESETZTE Rechenoperation durchführe.<br />
In welcher Reihenfolge? Punktrechnung ist stärker als Str<strong>ich</strong>rechnung, Klammern sind am allerstärksten.<br />
Im Term 4(v+2)-5 kann man zuerst den Fünfer loslösen, erst dann den Vierer von der Klammer trennen, da<br />
die Multiplikation stärker bindet als die Subtraktion. In einer Rechnung:<br />
4(v+2)-5 = 15 | +5 rechts, weil m<strong>ich</strong> -5 links stört<br />
4(v+2) = 20 | :4 jetzt kann <strong>ich</strong> etwas gegen <strong>das</strong> *4 tun<br />
v+2 = 5 | -2 um <strong>das</strong> +2 loszuwerden<br />
v = 3<br />
und aus der letzten Gle<strong>ich</strong>ung lässt s<strong>ich</strong> die Lösung viel le<strong>ich</strong>ter ablesen als aus der ersten.<br />
Im Folgenden kümmere <strong>ich</strong> m<strong>ich</strong> n<strong>ich</strong>t um Wertemengen für die Variablen. Da alle Rechengänge mit reellen<br />
(komplexen) Zahlen klappen, funktionieren sie mit rationalen, ganzen und natürl<strong>ich</strong>en ganz genauso.<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 2
Ist jede Gle<strong>ich</strong>ung lösbar?<br />
Nein. Es gibt <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> ohne Lösung, mit einer Lösung, mit zwei, … sogar mit unendl<strong>ich</strong> vielen Lösungen.<br />
Je ein Beispiel<br />
0 = 1 Immer falsch, keine Lösung.<br />
3 = 3 Immer r<strong>ich</strong>tig. Jede mögl<strong>ich</strong>e Zahl ist Lösung.<br />
z = z+1 Keine Zahl ist gle<strong>ich</strong> ihrem Nachfolger – keine Lösung<br />
z = 1-z einzige Lösung ½.<br />
z*z = z Hier kann man 0 einsetzen, aber auch 1. Also zwei Lösungen.<br />
z-1 = -(1-z) Diese Terme sind immer gle<strong>ich</strong>. Jede für z erlaubte Zahl ist<br />
Lösung.<br />
1. Eine lineare Gle<strong>ich</strong>ung<br />
2(a+4) = 17-a<br />
Wir versuchen, alle Teile mit der Variable a nach links (nach rechts ginge genauso) zu bringen, alle reinen<br />
Zahlen auf die andere Seite. Die Klammer links verhindert <strong>das</strong> Sortieren, deshalb lösen wir sie auf.<br />
2(a+4) = 17-a | Klammer auflösen<br />
2a + 8 = 17-a | +a damit die Variable nach links kommt<br />
3a + 8 = 17 | -8 um die Zahlen nach rechts zu sortieren<br />
3a = 9 | :3 um a alleine zu haben<br />
a = 3<br />
2. System von zwei linearen <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong><br />
Mögl<strong>ich</strong>keit 1 – Einsetzen (Substitution)<br />
I) 2a – b = 5<br />
II) b = -7<br />
Wir können die Information aus der zweiten Gle<strong>ich</strong>ung in die erste einsetzen<br />
I) 2a – (-7) = 5<br />
Diese Gle<strong>ich</strong>ung ist le<strong>ich</strong>t zu lösen, a = -1 .<br />
Ein komplizierteres Beispiel:<br />
I) 2a – b = 5<br />
II) 3a +2b = 18<br />
<strong>Wie</strong> können wir die Information aus einer Gle<strong>ich</strong>ung in die zweite einsetzen? In I) kann man b le<strong>ich</strong>t<br />
ausdrücken<br />
I') 2a – 5 = b<br />
und dieses b kann man in die zweite Zeile einsetzen<br />
3a+2(2a-5) = 18<br />
Und <strong>das</strong> ist eine Gle<strong>ich</strong>ung in einer Variable, die können wir bereits lösen<br />
3a+4a-10 = 18<br />
7a = 28<br />
a = 4<br />
Und b bekommen wir, wenn wir genau die Zeile I'), die wir eingesetzt haben, auswerten. Das a kennen wir ja<br />
bereits.<br />
b = 2a-5 = 2*4-5 = 3<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 3
Mögl<strong>ich</strong>keit 2 – Gle<strong>ich</strong>setzen<br />
I) 2a – b = 5<br />
II) 2a - 2b = 2<br />
Diese Methode zählt zu den 'Tricks', die eher selten anwendbar sind. Wir basteln uns in jeder Zeile den gle<strong>ich</strong>en<br />
Term. Dazu addieren wir etwa in II) ein b, um die linke Seite von I) zu erhalten<br />
I) 2a – b = 5<br />
II) 2a - b = 2 + b<br />
Und wenn die linken Seiten der <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> so offens<strong>ich</strong>tl<strong>ich</strong> gle<strong>ich</strong> sind, müssen auch die rechten Seiten<br />
übereinstimmen.<br />
5 = 2 + b | -2<br />
3 = b<br />
<strong>das</strong> a finden wir durch Einsetzen in eine der Ausgangsgle<strong>ich</strong>ungen. I) sieht einfacher aus:<br />
I) 2a – b = 5 | b einsetzen<br />
2a – 3 = 5 | +3<br />
2a = 8 | :2<br />
a = 4<br />
Mögl<strong>ich</strong>keit 3 – Eliminieren<br />
I) 3a – b = 9<br />
II) 4a + 3b = 25<br />
Diese Methode funktioniert IMMER und ist nie kompliziert. Die obigen beiden Methoden führen nur in<br />
Spezialfällen rascher ans Ziel.<br />
Hier bilden wir von einer Zeile (oder notfalls von beiden) geeignete Vielfache mit folgendem Ziel: Wir haben<br />
doch zwei <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong>. Weil ihre Werte rechts und links gle<strong>ich</strong> sind, dürfen wir sie auch zur anderen<br />
Gle<strong>ich</strong>ung dazuaddieren, ohne die Lösungen zu verändern. Ich multipliziere die erste Zeile mit 3<br />
I') 3*I) 9a – 3b = 27<br />
II) 4a + 3b = 25<br />
Warum hab <strong>ich</strong> <strong>das</strong> getan? Jetzt steht in der ersten Zeile -3b, in der zweiten +3b. Addiere <strong>ich</strong> die beiden Zeilen,<br />
hebt s<strong>ich</strong> b in der Summe weg und es bleibt eine Gle<strong>ich</strong>ung in einer Variablen übrig.<br />
I'+II)<br />
9a +4a = 27 + 25 | vereinfachen<br />
13a = 52 | :13<br />
a = 4<br />
b finden wir wiederum, indem wir in eine Zeile der Angabe (die einfachere) einsetzen.<br />
ODER komplizierter, aber als nette Übung durch Eliminieren von a aus dem ursprüngl<strong>ich</strong>en System<br />
I) 3a – b = 9 | *(-4)<br />
II) 4a + 3b = 25 | *3<br />
I') -12a + 4b = -36<br />
II') 12a + 9b = 75<br />
I'+II') 13b = 39 | :13<br />
b = 3<br />
Diese Technik merken wir uns: durch geschicktes Kombinieren von ZWEI <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> erhalten wir EINE<br />
Gle<strong>ich</strong>ung, aus der eine Variable verschwunden ist.<br />
3. System von drei oder mehr linearen <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong><br />
Dieser Trick des Eliminierens scheint ausbaufähig. Wenn wir etwa 10 <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> in 10 Variablen haben,<br />
bilden wir ganz geschickt 9 Kombinationen (multiplizieren und zusammenzählen), denen DIE SELBE Variable<br />
fehlt, wodurch wir 9 <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> in 9 Variablen erhalten. Davon bilden wir 8 geschickte Kombinationen, die<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 4
nur mehr 8 Variable aufweisen. Und so fort, bis nur mehr eine Gle<strong>ich</strong>ung in einer Variable vorliegt. Und wenn<br />
wir diese kennen, suchen wir eine Zeile mit zwei Variablen, setzen die eben erhaltene ein und gewinnen den<br />
Wert der zweite. Und diese beiden in eine Zeile mit 3 Variablen eingesetzt, liefert die dritte usw. usw. usw.<br />
Normalerweise benötigt man zur Berechnung von n Variablen n <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong>.<br />
I) 3a – b + 2c - 2d = 11<br />
II) 4a + 2b - 2c + d = 19<br />
III) 5a + b + c - d = 24<br />
IV) 3a + 2c + 3d = 19<br />
Die vierte Zeile enthält kein b. Das ist fein (wir sparen uns eine Kombination) – also bilden wir aus den übrigen<br />
Zeilen 2 Kombinationen, bei denen <strong>das</strong> b wegfällt und erhalten ein neues System<br />
I') 2I+II) 10a + 2c - 3d = 41<br />
II') II-2III) -6a - 4c + 3d = -29<br />
III') IV) 3a + 2c + 3d = 19<br />
Was sollen wir jetzt eliminieren – eigentl<strong>ich</strong> egal, aber bei d steht überall 3, wir müssen n<strong>ich</strong>t multiplizieren.<br />
I'') I'+II') 4a - 2c = 12<br />
II'') I'+III) 13a + 4c = 60<br />
Fast fertig – entweder I'') durch 2 teilen, c ausdrücken und in II'') einsetzen, oder wieder eliminieren<br />
2I''+II'') 21a = 84 | :21<br />
a = 4<br />
Die erste Variable ist gefunden. Jetzt setzen wir schrittweise zurück nach oben ein. Übers<strong>ich</strong>t beim<br />
Anschreiben zahlt s<strong>ich</strong> aus!!!<br />
I'') 4*4 - 2c = 12 also c = 2<br />
III') 3*4+2*2+3d = 19 also d = 1<br />
I) I) 3*4 – b + 2*2 - 2*1 = 11, somit b = 3<br />
geht’s noch schlimmer?<br />
Aber klar doch.<br />
Fall 1: Beim Kombinieren von zwei Zeilen entsteht eine falsche Aussage wie etwa 0 = 7.<br />
Das System hat dann keine Lösung.<br />
Fall2; Beim Kombinieren entsteht eine immer wahre Aussage wie 0 = 0. Das bedeutet, <strong>das</strong>s eine der Zeilen<br />
gar keine nützl<strong>ich</strong>e Information enthielt, sondern eine Linearkombination von anderen Zeilen war. Es gibt dann<br />
unendl<strong>ich</strong> viele Lösungen. (Details folgen weiter unten)<br />
Zum Trost: jetzt kanns n<strong>ich</strong>t mehr schlimmer werden.<br />
4. Quadratische <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong><br />
4a Babyle<strong>ich</strong>t<br />
w 2 = 9<br />
w ist die Zahl, deren Quadrat 9 ist. Das ist genau die Definition der Quadratwurzel.<br />
Beachte: 9 hat einen einzigen Wert, näml<strong>ich</strong> +3. Wir wissen aber, <strong>das</strong>s beim Quadrieren reeller Zahlen ihr<br />
Vorze<strong>ich</strong>en verschwindet und wir deshalb als zweite Lösung -3 erhalten.<br />
Allgemein: x 2 = A x=± A . Die quadratische Gle<strong>ich</strong>ung hat 2 Lösungen, die Wurzel selbst einen<br />
einzigen Wert.<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 5
Das doppelte Vorze<strong>ich</strong>en kommt immer dann, wenn in den reellen Zahlen eine gerade Wurzel (zweite, vierte,<br />
sechste,...) gezogen wird. Die Zahl unter dem Wurzelze<strong>ich</strong>en darf n<strong>ich</strong>t negativ sein. Bei ungeraden Wurzeln ist<br />
3<br />
3<br />
alles einfacher (bijektive Abbildung) 64=4 , −64=−4<br />
In den komplexen Zahlen ist die Sache viel le<strong>ich</strong>ter: für die n-te Wurzel gibt es genau n unterschiedl<strong>ich</strong>e<br />
Lösungen.<br />
4b Kinderle<strong>ich</strong>t<br />
z 2 - 8z + 16 = 9<br />
mir fällt auf, <strong>das</strong>s die linke Seite als Quadrat eines Binoms geschrieben werden kann.<br />
(z – 4) 2 = 9<br />
und nun kann <strong>ich</strong> auf beiden Seiten die Wurzel ziehen. Das +/- stelle <strong>ich</strong> immer auf die Seite der Zahl.<br />
z – 4 = ±3 | +4<br />
z = 4 ± 3<br />
Wir erhalten die zwei Lösungen 4-3 = 1 und 4+3 = 7<br />
4c auch n<strong>ich</strong>t schwer<br />
Wenn n<strong>ich</strong>t wie oben ein vollständiges Quadrat vorliegt, kann man ja eines basteln.<br />
z 2 - 8z = -7<br />
Damit links -8x steht, muss in der Klammer x-4 stehen. Wenn man (x-4) ausquadriert, kommt als dritter<br />
Summand +16 hinzu. Dieser Wert steht n<strong>ich</strong>t in der Angabe, wir ergänzen ihn durch beidseitige Addition<br />
z 2 - 8z + 16 = -7 + 16<br />
(z – 4) 2 = -7 + 16<br />
(z – 4) 2 = 9<br />
und weiter geht’s wie oben.<br />
4d mit Formel<br />
Wenn man n<strong>ich</strong>t tüfteln will, kann man den Gedankengang aus 4c einmal mit Buchstaben durchrechnen und<br />
dann die entstehende Formel auswendig lernen. Die kann man mit etwas Übung so flott anwenden, <strong>das</strong>s man<br />
sie fast immer einsetzt..<br />
W<strong>ich</strong>tig: die Ausgangsgle<strong>ich</strong>ung muss in die Form x 2 + px +q = 0 gebracht werden. Vor dem Quadrat steht ein<br />
Einser (nötigenfalls die Gle<strong>ich</strong>ung dividieren), vor der Variable steht p, die Konstante ist q, rechts steht Null.<br />
x 2 pxq = 0<br />
x 2 2⋅ p 2 ⋅x p 2 2<br />
− p 2 2q = 0<br />
x p 2 2<br />
− p 2 2q = 0<br />
x p 2 2<br />
= p 2 2−q<br />
x p 2 = ± p 2 2−q<br />
x = − p 2 ± p 2 2−q<br />
Wenn unter dem Wurzelze<strong>ich</strong>en eine negative Zahl steht, gibt es keine reelle Lösung. Wenn eine Null steht, gibt<br />
es eine einzige Lösung. Wenn der Ausdruck in der Wurzel (er wird die 'Diskriminante' genannt) positiv ist, gibt<br />
es zwei Lösungen.<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 6
Beobachtungen, Satz von Vieta<br />
Schon diesem alten Franzosen ist folgendes aufgefallen: Die Zahl q ist immer <strong>das</strong> Produkt der beiden<br />
Lösungen, <strong>das</strong> p die Summe der Lösungen mit umgekehrtem Vorze<strong>ich</strong>en. Nennen wir die Lösungen x 1 und x 2 .<br />
x 2 + px + q =<br />
x 2 –(x 1 +x 2 )x + x 1 x 2 =<br />
x 2 –x 1 x -x 2 x + x 1 x 2 =<br />
(x-x 1 ).(x-x 2 )<br />
<strong>das</strong> können wir als Produkt von zwei Klammern schreiben<br />
Sehen wir uns die erste und letzte Zeile nochmals an: sie sind durch reine Umformung auseinander entstanden,<br />
also können wir sie zu einer Gle<strong>ich</strong>ung <strong>mach</strong>en.<br />
x 2 + px + q = (x-x 1 ).(x-x 2 )<br />
Die Gle<strong>ich</strong>ung x 2 +px+q=0 ist gle<strong>ich</strong>wertig mit der Gle<strong>ich</strong>ung (x-x 1 ).(x-x 2 )=0. Letztere ist ein<br />
Produkt, <strong>das</strong> Null ergibt. Demnach muss ein Faktor gle<strong>ich</strong> Null sein. Entweder ist x=x 1 , dann ist die erste<br />
Klammer Null, oder x=x 2 , dann ist die zweite Klammer Null.<br />
Angenommen, wir könnten eine Lösung x 1 der Gle<strong>ich</strong>ung x 2 + px +q = 0 erraten, wie finden wir dann die<br />
zweite Lösung? In diesem Fall können wir eine Division versuchen und erhalten aus obiger Zeile<br />
x 2 + px + q = (x-x 1 ).(x-x 2 ) | :(x-x 1 )<br />
(x 2 + px + q):(x-x 1 ) = x-x 2<br />
Ein derartiger Ausdruck (x minus Lösung) wird übrigens Linearfaktor genannt.<br />
Ein Beispiel: Wenn <strong>ich</strong> 3 in die Gle<strong>ich</strong>ung x 2 -7x +12 = 0 einsetze, stimmt sie. 3 ist somit eine Lösung. Wir<br />
finden die zweite Lösung durch Division ('Abspalten') des Linearfaktors x-3<br />
( x 2 -7x +12 ):(x-3) = x-4<br />
-x 2 +3x<br />
-------<br />
∓4x +12<br />
±4x ∓12<br />
-------<br />
0 Rest (<strong>das</strong> MUSS sein)<br />
Die zweite Lösung finden wir, indem wir <strong>das</strong> Divisionsergebnis x-4 gle<strong>ich</strong> Null setzten. Das ist le<strong>ich</strong>t, x=4.<br />
Beachte: Im Linearfaktor steht immer die Lösung mit dem umgekehrten Vorze<strong>ich</strong>en (es wird erst dann 'r<strong>ich</strong>tig'<br />
wenn die Lösung die Seite der Gle<strong>ich</strong>ung wechselt. X-x 1 = 0 wird zu x = x 1 )<br />
5. <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> höheren Grades<br />
Es gibt Formeln für <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> dritten und vierten Grades. Wir werden sie n<strong>ich</strong>t lernen. Für höhere Grade<br />
gibt es gar keine allgemeinen Formeln mehr.<br />
Wir können jedoch den Trick des Linearfaktor-Abspaltens anwenden – vorausgesetzt wir erraten eine Lösung.<br />
Hilfe: Das konstante Glied der Gle<strong>ich</strong>ung ist <strong>das</strong> Produkt aller Lösungen. Wenn vor der höchsten Postenz der<br />
Gle<strong>ich</strong>ung ein Einser steht und alle Koeffizienten ganzzahlig sind, dann gilt: falls es ganzzahlige Lösungen der<br />
Gle<strong>ich</strong>ung gibt, sind diese Teiler des konstanten Gliedes.<br />
Beispiel: x 3 -x 2 +x-6 = 0<br />
Das konstante Glied ist 6, wir probieren nur (in der Reihenfolge von einfach bis kompliziert) die Teiler von 6<br />
durch: 1, -1, 2, -2, 3, -3, 6, -6.<br />
Hier haben wir schon mit +2 Glück. Wir notieren die erste Lösung x 1 = 2 und dividieren die linke<br />
Gle<strong>ich</strong>ungsseite durch den zugehörigen Linearfaktor (x-2). Das ergibt einen quadratischen Ausdruck, dessen<br />
zugehörige Gle<strong>ich</strong>ung wir bereits lösen können (oder wir hoffen auf weitere ganzzahlige Lösungen, raten<br />
weiter und dividieren wiederum).<br />
Gle<strong>ich</strong>ung x 3 – x 2 - 5x + 6 = 0<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 7
probieren: x=1 1 -1 -5 +6 = 1, n<strong>ich</strong>t Null, +1 ist keine Lösung<br />
probieren: x=-1 -1 -1 +5 +6 = 9, n<strong>ich</strong>t Null, -1 ist keine Lösung<br />
probieren: x=2 8 -4 -10+6 = 0, JUHUU! 2 ist eine Lösung<br />
<strong>ich</strong> notiere die erste gefundene Lösung x 1 = 2<br />
jetzt spalte <strong>ich</strong> den zu dieser Lösung gehörigen Linearfaktor (x-2) ab.<br />
x 3 – x 2 - 5x – 6 : (x-2) = x 2 + x - 3<br />
∓x 3 ± 2x 2<br />
---------------<br />
x 2 -5x<br />
∓x 2 ±2x<br />
-------<br />
-3x + 6<br />
±3x ∓ 6<br />
------<br />
0 Rest, <strong>das</strong> passt<br />
Jetzt müssen wir uns nur mehr um eine quadratische Gle<strong>ich</strong>ung kümmern und sind einen Schritt näher an der<br />
Lösung der Aufgabe, wir haben den Grad um eins verringert.<br />
x 2 + x – 3 = 0<br />
x 2,3 =− 1 2 ± 1 2 23<br />
Da wenden wir die Formel an.<br />
x 2,3 =− 1 2 ± 13 4<br />
x 2 = −1−13 , x<br />
2<br />
3 = −113<br />
2<br />
Somit haben wir alle drei Lösungen gefunden, mehr kann es bei einer Gle<strong>ich</strong>ung dritten Grades auch n<strong>ich</strong>t<br />
geben.<br />
Spezialfall:<br />
<strong>Wie</strong> könnten wir folgende Gle<strong>ich</strong>ung lösen:<br />
x 6 + 7x 3 - 8 = 0<br />
Eine Gle<strong>ich</strong>ung sechsten Grades, doch kommen nur wenige Hochzahlen vor. x 5 ,x 4 ,x 2 ,x 1 fehlen, nur die<br />
Exponenten 6, 3 und 0 treten auf. Idee: <strong>das</strong> sind lauter Vielfache von 3: 2*3, 1*3, 0*3. Ich könnte die gegebene<br />
Gle<strong>ich</strong>ung so schreiben:<br />
(x 3 ) 2 + 7x 3 - 8 = 0<br />
Das sieht aus wie eine quadratische Gle<strong>ich</strong>ung, nur n<strong>ich</strong>t nach x, sondern nach x 3 aufzulösen. Am besten<br />
erfinden wir eine neue Variable, <strong>ich</strong> will sie T nennen (jede andere Beze<strong>ich</strong>nung wäre auch mögl<strong>ich</strong>). Es<br />
entsteht ein Gle<strong>ich</strong>ungssystem. (Wir erfinden eine zusätzl<strong>ich</strong>e Gle<strong>ich</strong>ungszeile, deren Substitution die<br />
ursprüngl<strong>ich</strong>e Gle<strong>ich</strong>ung ergibt)<br />
I) T = x 3<br />
II) T 2 + 7T - 8 = 0<br />
Die zweite Gle<strong>ich</strong>ung lässt s<strong>ich</strong> sofort lösen (Formel oder Vieta im Kopf)<br />
T 1 = 1 , T 2 = -8<br />
Und nun setzen wir in die erste Zeile ein:<br />
x 1<br />
3<br />
= T 1 = 1 , x 2<br />
3<br />
= T 2 = -8<br />
Diese dritten Wurzeln können wir berechnen: x 1 = 1, x 2 = -2 und damit ist die Gle<strong>ich</strong>ung (in den reellen<br />
Zahlen) gelöst.<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 8
Weiteres Beispiel:<br />
x 4 - 5x 2 - 36 = 0<br />
(x 2 ) 2 - 5x 2 - 36 = 0 | Z = x 2 substituieren<br />
Z 2 - 5Z - 36 = 0 | quadrat<strong>ich</strong>e Gle<strong>ich</strong>ung für Z lösen<br />
Z 1 = 9 , Z 2 = -4 | x 2 = Z rückgängig <strong>mach</strong>en<br />
2 2<br />
x 1 = Z 1 = 9 , x 2 = Z 2 = -9<br />
Hier ist die Wurzel für x 1 berechenbar. Wir gewinnen zwei Lösungen für die ursprüngl<strong>ich</strong>e Gle<strong>ich</strong>ung, näml<strong>ich</strong><br />
3 und -3. In den reellen Zahlen gibt es keine weiteren Lösungen, da es aus -9 keine Quadratwurzel gibt. In den<br />
komplexen Zahlen kämen noch die dritte und vierte Lösung 3i und -3i dazu.<br />
6. Wurzelgle<strong>ich</strong>ungen<br />
Was tun, wenn in der zu lösenden Gle<strong>ich</strong>ung Wurzeln auftauchen? Erstens: n<strong>ich</strong>t verzagen, zweitens: was hilft<br />
gegen Wurzeln? Potenzieren.<br />
x−2 = 4 hoch 2<br />
x−2 = 16<br />
x = 18<br />
Zur Kontrolle setzen wir ein: die Wurzel aus 18-2 ist tatsächl<strong>ich</strong>4.<br />
Aber Achtung:<br />
x−2 = 2x−1<br />
x−2 = 2x−1<br />
−1=x<br />
quadrieren<br />
Ist dieses errechnete -1 die Lösung? Setzen wir in die Angabe ein. Die linke Seite der Gle<strong>ich</strong>ung wird dann<br />
−1−2=−3 , und die Wurzel aus einer negativen Zahl ist in R n<strong>ich</strong>t mögl<strong>ich</strong> – die gegebene Gle<strong>ich</strong>ung<br />
hat folgl<strong>ich</strong> KEINE LÖSUNG!<br />
Wir haben weiter oben schon festgestellt: Potenzieren ist KEINE Äquivalenzumformung, wir müssen die<br />
errechneten Zahlen zur Kontrolle in die Angabe einsetzen. Nur die Werte, für die alle Bestandteile der<br />
Gle<strong>ich</strong>ung sinnvoll sind und die diese Gle<strong>ich</strong>ung erfüllen, sind Lösung.<br />
7. Vektorgle<strong>ich</strong>ungen<br />
Diese <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> sind sehr einfach zu lösen. Vektorgle<strong>ich</strong>ungen gelten immer koordinatenweise, wir können<br />
in einzelne Zeilen auftrennen und gewinnen ein normales lineares Gle<strong>ich</strong>ungssystem.<br />
x−3 k<br />
<br />
y2 k = 2⋅ 2<br />
<br />
−5<br />
4 k<br />
Dies entspr<strong>ich</strong>t einem Gle<strong>ich</strong>ungssystem in 3 Variablen:<br />
x – 3k = 4<br />
y + 2k = -10<br />
4 = 2k<br />
Und lineare Gle<strong>ich</strong>ungssysteme sind uns bereits vertraut.<br />
8. Systeme mit quadratischen <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong><br />
Ein Spezialfall kommt bei den Aufgaben zu Kreisen und Kegelschnitten vor.<br />
k: x 2 + y 2 -4x +3y = 20<br />
g: 3x – y = 5<br />
-------------------<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 9
Hier drücken wir in der einfacheren Gle<strong>ich</strong>ung (die zweite) eine Variable aus und setzen sie in die andere<br />
Gle<strong>ich</strong>ung ein.<br />
g: y = 3x-5<br />
in k: x 2 + (3x-5) 2 -4x +3(3x-5) = 20<br />
und schon haben wir eine einfache quadratische Gle<strong>ich</strong>ung vorliegen. Lösen, x (falls es eins/zwei gibt) in g<br />
einsetzen, fertig.<br />
Oder:<br />
k1: x 2 + y 2 - 4x +3y = 20<br />
k2: x 2 + y 2 + 3x – y = 5<br />
--------------------<br />
Wir können die lästigen Quadrate verschwinden lassen, wenn wir einfach die Differenz der Zeilen bilden.<br />
k1: x 2 + y 2 - 4x +3y = 20<br />
k2: x 2 + y 2 + 3x – y = 5<br />
--------------------<br />
k2-k1: 7x -4y = -15<br />
Wenn wir diese Gle<strong>ich</strong>ung mit einer der beiden gegebenen (<strong>ich</strong> wähle immer die einfachere...) kombinieren,<br />
erhalten wir den ersten Fall. Also auch n<strong>ich</strong>t weiter kompliziert...<br />
Strategie:<br />
- bei gle<strong>ich</strong>artigen <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> empfiehlt s<strong>ich</strong> Eliminieren<br />
- bei unterschiedl<strong>ich</strong>en Typen funktioniert <strong>das</strong> Substituieren: Variable ausdrücken und in andere<br />
<strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> einsetzen (speziell bei Parameterdarstellungen der Vektorrechnung)<br />
9. Überbestimmte Systeme<br />
Was tun, wenn wir mehr <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> haben, als Variable? Wir lassen vorerst einfach überflüssige Zeilen weg.<br />
1.) Das verkleinerte System ist lösbar – wir testen diese Lösungen mit den weggelassenen <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong>. Nur<br />
wenn sie ebenfalls r<strong>ich</strong>tig sind, gelten die Lösungen. Sonst: keine Lösung<br />
2.) Beim Lösungsvorgang fallen Zeilen weg, sie ergeben etwa 0 = 0 beim Eliminieren. In diesem Fall ersetzen<br />
wir eine der soeben als 'überflüssig' erkannten <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> durch eine weggelassene und arbeiten weiter.<br />
10. Unterbestimmte Systeme<br />
Löse <strong>das</strong> System<br />
x – 2y = 5<br />
x - y - z = 4<br />
---------------<br />
Hier fehlt offenbar eine Gle<strong>ich</strong>ung. Das bedeutet aber einen Freiheitsgrad, den wir durch eine neue Variable<br />
beschreiben, gerne wird sie t genannt, sie kann jede reelle Zahl annehmen. Setzen wir sie etwa für z ein. In der<br />
weiteren Rechnung sehen wir t wie eine Zahl an.<br />
x – 2y = 5<br />
x - y - t = 4<br />
---------------<br />
x – 2y = 5<br />
x - y = 4 + t<br />
----------------<br />
Das sieht aus wie 2 <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> in 2 Variablen x und y wir eliminieren einfach drauf los!<br />
-I) -x + 2y = -5<br />
II) x - y = 4 + t<br />
----------------<br />
II-I) y = -1+ t<br />
und eingesetzt in II)<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 10
x - y = 4 + t<br />
x - (-1+t) = 4 + t<br />
x + 1 - t = 4 + t<br />
x = 3 -2t<br />
Wir erhalten die Lösungen als<br />
x = 3 -2t<br />
y = -1+ t<br />
z = t , tεR<br />
oder hübscher angeschrieben<br />
x <br />
y = 3<br />
<br />
−1 t⋅ −2<br />
<br />
1 , t R<br />
z 0 1<br />
11. Exponentialgle<strong>ich</strong>ungen<br />
Dieser Gle<strong>ich</strong>ungstyp ist von ganz anderer Struktur – hier steht die gesuchte Variable im Exponenten!<br />
- elementar (algebraisch)<br />
3 x−2 = 81<br />
wir können die rechte Seite ebenfalls als Dreierpotenz schreiben 3 x−2 = 3 4 .<br />
Nun haben wir zwei Potenzen, die gle<strong>ich</strong> sind. Da sie die gle<strong>ich</strong>e Basis 3 besitzen, müssen die Exponenten<br />
gle<strong>ich</strong> sein. Daher ist x-2 = 4 und die Lösung lautet x=6.<br />
- mit dem Taschenrechner<br />
3 x =10<br />
Hier besteht keine Chance, rechts und links auf die gle<strong>ich</strong>e Basis zu kommen. Gibt es eine Mögl<strong>ich</strong>keit, den<br />
Exponenten 'nach unten' zu bekommen? Ja, <strong>das</strong> kann der Logarithmus.<br />
a z =b ⇔ z= logb a<br />
weil b=a log b a<br />
und damit lautet die Gle<strong>ich</strong>ung a z =a log b a<br />
Weil im Beispiel die Basis 3 lautet, muss der Dreier-Logarithmus gewählt werden. Wir können so denken:<br />
3 x = 10 | 3 log auf beiden Seiten anwenden<br />
x =<br />
3log10<br />
Leider können die meisten Taschenrechner diesen Logarithmus n<strong>ich</strong>t berechnen. Sie beherrschen nur den<br />
natürl<strong>ich</strong>en Logarithmus zur Basis e und den dekadischen zur Basis 10. Das kann uns aber n<strong>ich</strong>t erschüttern,<br />
da wir wissen, wie man einen Basiswechsel durchführt. Um einen Logarithmus zur Basis a auf den natürl<strong>ich</strong>en<br />
zurückzuführen, erinnert man s<strong>ich</strong> an<br />
log x<br />
a<br />
= ln x<br />
ln a<br />
weil a = e ln a , x = a log x a<br />
= e ln a log x a<br />
ln a⋅ alog x<br />
= e<br />
und x = e ln x<br />
in unserem Beispiel lautet die Rechnung demnach ln(10)/ln(3), und <strong>das</strong> ergibt 2.096 als Lösung.<br />
Noch ein Beispiel (Wahrscheinl<strong>ich</strong>keitsrechnung)<br />
0.99 n = 0.2 | 0.99 log auf beiden Seiten anwenden<br />
n =<br />
0.99<br />
log 0.2 | log umwandeln<br />
ln 0.2<br />
n =<br />
ln 0.99 ≃ 160.14<br />
Probe durchführen hilft gegen Uns<strong>ich</strong>erheit. 0.99 hoch 160.14 ist tatsächl<strong>ich</strong> fast 0.2<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 11
Und wie geht <strong>das</strong> mit dem Computer?<br />
Ich zeige Dir die nötigen Anweisungen für <strong>das</strong> Programm Maxima. Es ist ein bewährtes Hilfsmittel für höhere<br />
Mathematik, auch an der Uni im Einsatz, für Windows, Mac, Linux verfügbar. Außerdem gratis im Internet zu<br />
bekommen. Für Windows ist die Version wxMaxima bestens geeignet: http://wxmaxima.sf.net<br />
2(a+4) = 17-a<br />
Eingabe<br />
Ausgabe<br />
solve([2*(a+4) = 17-a], [a]);<br />
[a=3]<br />
3a – b + 2c - 2d = 11<br />
4a + 2b - 2c + d = 19<br />
5a + b + c - d = 24<br />
3a + 2c + 3d = 19<br />
Eingabe linsolve([3*a-b+2*c-2*d = 11, 4*a+2*b-2*c+d = 19,<br />
5*a+b+c-d = 24, 3*a+2*c+3*d = 19], [a,b,c,d]);<br />
Ausgabe<br />
[a=4,b=3,c=2,d=1]<br />
x 2 - 8x = -7<br />
Eingabe<br />
Ausgabe<br />
solve([x^2 - 8*x = -7], [x]);<br />
[x=1,x=7]<br />
x 3 – x 2 - 5x + 6 = 0<br />
Eingabe<br />
Ausgabe<br />
solve([x^3-x^2-5*x+6 = 0], [x]);<br />
[x=-(sqrt(13)+1)/2,x=(sqrt(13)-1)/2,x=2]<br />
x 4 - 5x 2 - 36 = 0<br />
Eingabe solve([x^4 - 5*x^2 - 36 = 0], [x]);<br />
Ausgabe [x=-2*%i,x=2*%i,x=-3,x=3]<br />
x 6 + 7x 3 - 8 = 0<br />
Eingabe solve([x^6 + 7*x^3 - 8 = 0], [x]);<br />
Ausgabe<br />
[x=1-sqrt(3)*%i,<br />
x=sqrt(3)*%i+1,<br />
x=-2,<br />
x=(sqrt(3)*%i-1)/2,<br />
x=-(sqrt(3)*%i+1)/2,<br />
x=1]<br />
Maxima kennt s<strong>ich</strong> auch mit komplexen Zahlen (imaginäre Einheit %i) aus. Falls die Lösung nur in den reellen<br />
Zahlen gefragt ist, gelten klarerweise nur 2 der komplexen Lösungen.<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 12
x 2 - y 2 - 14x +3y = 20<br />
x 2 + y 2 + 3x – y = 5<br />
Eingabe<br />
Ausgabe<br />
algsys([x^2-y^2-14*x+3*y = 20, x^2+y^2+3*x-y = 5], [x,y]);<br />
[[x=-1.352179836512262,y=3.234620418848168],<br />
[x=-1.968135593220339,y=-2.198304813689429],<br />
[x=0.93211261436947*%i+7.160157792648686,y=1.481842169806749-<br />
8.221527419775349*%i],<br />
[x=7.160157792648686-0.93211261436947*%i,y=8.221527419775352*%i+<br />
1.481842169806746]]<br />
x – 2y = 5<br />
x - y - z = 4<br />
Eingabe<br />
linsolve([x-2*y = 5, x-y-z = 4], [x,y,z]);<br />
Ausgabe [x=2*%r1+3,y=%r1-1,z=%r1]<br />
%r1 steht für einen Freiheitsgrad, d.h. Einen freien Parameter<br />
x−2 = 4<br />
Eingabe<br />
Ausgabe<br />
solve([(x-2)^(1/2) = 4], [x]);<br />
[x=18]<br />
Nun noch die 'unlösbare' Gle<strong>ich</strong>ung:<br />
4 x−2 = 4 2x−1<br />
Eingabe<br />
solve([4*sqrt(x-2) = 4*sqrt(2*x-1)], [x]);<br />
Ausgabe [sqrt(2*x-1)=sqrt(x-2)]<br />
Das Programm zeigt die bestmögl<strong>ich</strong> vereinfachte Gle<strong>ich</strong>ung. Weiter geht es in den reellen Zahlen n<strong>ich</strong>t korrekt<br />
zu rechnen.<br />
Du siehst: <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> zu lösen ist auch für Computer ein Kinderspiel....<br />
<strong>HIB</strong> <strong>Wie</strong>n --- <strong>Gle<strong>ich</strong>ungen</strong> lösen v0.98 urban 1/2011 S. 13