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Quadratische Funktionen · Erklären & üben

Nullstellen quadratischer Funktionen

Nullstellen sind die Eingaben, für die eine Funktion den Wert 0 annimmt. Bei einer quadratischen Funktion gibt es über den reellen Zahlen keine, eine oder zwei verschiedene Nullstellen. Der passende Rechenweg hängt von der Form des Terms ab.

Erklärung 01

Funktionswert 0 setzen

Für f(x) = ax²+bx+c mit a ≠ 0 suchst du Lösungen von ax²+bx+c = 0. Eine Nullstelle ist ein x-Wert; der zugehörige Punkt auf der x-Achse lautet (x | 0).

Zwei verschiedene Lösungen bedeuten zwei Schnittpunkte mit der x-Achse. Eine doppelte Nullstelle bedeutet einen Berührpunkt. Ohne reelle Lösung schneidet der Graph die x-Achse nicht.

Parabel x-Quadrat minus 1 mit zwei Schnittpunkten an der x-Achse: minus 1 und 1.

Erklärung 02

Einfache Formen zuerst nutzen

Fehlt das konstante Glied, kannst du x ausklammern. Ist der Term schon ein Produkt, hilft der Satz vom Nullprodukt: Ein Produkt ist genau dann 0, wenn mindestens ein Faktor 0 ist.

Fehlt der lineare Term, stelle nach x² um und ziehe die Wurzel. Bei einem positiven rechten Wert gehören beide Vorzeichen dazu.

So geht es am Beispiel

Bestimme die Nullstellen von f(x) = x²−5x.

x2−5x=0\mathsf{x^2-5x=0}
x(x−5)=0\mathsf{x(x-5)=0}
x=0extoderx−5=0\mathsf{x=0\quad ext{oder}\quad x-5=0}
x1=0,x2=5\mathsf{x_1=0,\quad x_2=5}
f(0)=0\mathsf{f(0)=0}
f(5)=25−25=0\mathsf{f(5)=25-25=0}

Ergebnis

Nullstellen 0 und 5; Schnittpunkte (0 | 0) und (5 | 0).

So geht es am Beispiel

Bestimme die Nullstellen von g(x) = 2x²−18.

2x2−18=0\mathsf{2x^2-18=0}
2x2=18\mathsf{2x^2=18}
x2=9\mathsf{x^2=9}
x=±3\mathsf{x=\pm3}
g(3)=18−18=0\mathsf{g(3)=18-18=0}
g(−3)=18−18=0\mathsf{g(-3)=18-18=0}

Ergebnis

Die beiden Nullstellen sind −3 und 3.

Erklärung 03

Faktorisieren mit passenden Zahlen

Bei einem normierten Term x²+px+q kannst du nach zwei Zahlen suchen, deren Summe p und deren Produkt q ist. Dann entsteht eine Produktform (x+r)(x+s). Falls keine einfachen Zahlen passen, wechsle zu einer allgemeinen Methode.

So geht es am Beispiel

Bestimme die Nullstellen von f(x) = x²−x−6.

Gesucht sind zwei Zahlen mit Summe −1 und Produkt −6: −3 und 2.

x2−x−6=(x−3)(x+2)\mathsf{x^2-x-6=(x-3)(x+2)}
(x−3)(x+2)=0\mathsf{(x-3)(x+2)=0}
x1=3,x2=−2\mathsf{x_1=3,\quad x_2=-2}
f(3)=9−3−6=0\mathsf{f(3)=9-3-6=0}
f(−2)=4+2−6=0\mathsf{f(-2)=4+2-6=0}

Ergebnis

Nullstellen: 3 und −2.

Erklärung 04

Die allgemeine Lösungsformel

Für ax²+bx+c = 0 mit a ≠ 0 gilt x1,2=−b±b2−4ac2a\mathsf{x_{1,2}=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}}. Die Diskriminante Δ = b²−4ac zeigt die Anzahl der reellen Lösungen: Δ > 0 ergibt zwei, Δ = 0 eine doppelte und Δ < 0 keine.

Setze negative Koeffizienten in Klammern ein. Der gesamte Zähler wird durch 2a geteilt. Runde erst, wenn eine Näherung verlangt ist.

So geht es am Beispiel

Bestimme die Nullstellen von f(x) = 2x²+x−3.

a=2,b=1,c=−3\mathsf{a=2,\quad b=1,\quad c=-3}
Δ=12−4⋅2⋅(−3)\mathsf{\Delta=1^2-4\cdot2\cdot(-3)}
Δ=25\mathsf{\Delta=25}
x1,2=−1±54\mathsf{x_{1,2}=\frac{-1\pm5}{4}}
x1=1\mathsf{x_1=1}
x2=−32\mathsf{x_2=-\frac32}
f(1)=2+1−3=0\mathsf{f(1)=2+1-3=0}
f(−32)=92−32−3=0\mathsf{f(-\frac32)=\frac92-\frac32-3=0}

Ergebnis

Nullstellen: 1 und −3/2.

Erklärung 05

Doppelte Nullstelle oder keine reelle Nullstelle

Bei f(x) = (x−2)² ist nur x = 2 eine Nullstelle. Der Graph berührt die Achse dort. Bei g(x) = (x−2)²+1 ist jeder Funktionswert mindestens 1; es gibt keine reelle Nullstelle.

Die Diskriminante und die Scheitelpunktform liefern dieselbe Aussage. Kontrolliere gefundene Lösungen durch Einsetzen in den ursprünglichen Term.

Vergleich: x-Quadrat berührt die Achse im Ursprung; x-Quadrat plus 1 bleibt über der Achse.

Jetzt bist du dran

Aufgaben & Lösungen

Rechne zuerst selbst. Nutze den Platz für deinen Rechenweg und vergleiche anschließend mit der Lösung.

  1. Aufgabe 1Nullstellen quadratischer Funktionen · EinstiegBestimme die Nullstellen von f(x) = x²−9 mit Probe.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg
      x2=9\mathsf{x^2=9}
      x=±3\mathsf{x=\pm3}
      f(3)=9−9=0\mathsf{f(3)=9-9=0}
      f(−3)=9−9=0\mathsf{f(-3)=9-9=0}

    Ergebnis

    1. Rechnung und ErgebnisNullstellen −3 und 3.
  2. Aufgabe 2Nullstellen quadratischer Funktionen · EinstiegBestimme die Nullstellen von f(x) = 3x²−12x.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg
      3x(x−4)=0\mathsf{3x(x-4)=0}
      x=0extoderx=4\mathsf{x=0\quad ext{oder}\quad x=4}
      f(0)=0\mathsf{f(0)=0}
      f(4)=48−48=0\mathsf{f(4)=48-48=0}

    Ergebnis

    1. Rechnung und ErgebnisNullstellen 0 und 4.
  3. Aufgabe 3Nullstellen quadratischer Funktionen · StandardBestimme die Nullstellen von f(x) = x²+5x+6 durch Faktorisieren.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg
      x2+5x+6=(x+2)(x+3)\mathsf{x^2+5x+6=(x+2)(x+3)}
      (x+2)(x+3)=0\mathsf{(x+2)(x+3)=0}
      x1=−2,x2=−3\mathsf{x_1=-2,\quad x_2=-3}
      f(−2)=4−10+6=0\mathsf{f(-2)=4-10+6=0}
      f(−3)=9−15+6=0\mathsf{f(-3)=9-15+6=0}

    Ergebnis

    1. Rechnung und ErgebnisNullstellen −2 und −3.
  4. Aufgabe 4Nullstellen quadratischer Funktionen · StandardBestimme die Nullstellen von f(x) = 2x²−3x−2 mit der allgemeinen Formel.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg
      Δ=(−3)2−4⋅2⋅(−2)\mathsf{\Delta=(-3)^2-4\cdot2\cdot(-2)}
      Δ=25\mathsf{\Delta=25}
      x1,2=3±54\mathsf{x_{1,2}=\frac{3\pm5}{4}}
      x1=2\mathsf{x_1=2}
      x2=−12\mathsf{x_2=-\frac12}
      f(2)=8−6−2=0\mathsf{f(2)=8-6-2=0}
      f(−12)=12+32−2=0\mathsf{f(-\frac12)=\frac12+\frac32-2=0}

    Ergebnis

    1. Rechnung und ErgebnisNullstellen 2 und −1/2.
  5. Aufgabe 5Nullstellen quadratischer Funktionen · StandardWie viele reelle Nullstellen hat f(x) = x²−4x+4? Bestimme sie.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg
      Δ=(−4)2−4⋅1⋅4=0\mathsf{\Delta=(-4)^2-4\cdot1\cdot4=0}
      f(x)=(x−2)2\mathsf{f(x)=(x-2)^2}
      x=2\mathsf{x=2}
      f(2)=4−8+4=0\mathsf{f(2)=4-8+4=0}

    Ergebnis

    1. Rechnung und ErgebnisEine verschiedene Nullstelle 2, und zwar doppelt.
  6. Aufgabe 6Nullstellen quadratischer Funktionen · StandardUntersuche f(x) = x²+2x+5 auf reelle Nullstellen.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg
      Δ=22−4⋅1⋅5=−16\mathsf{\Delta=2^2-4\cdot1\cdot5=-16}
    2. Schritt 2 · Rechnung / Rechenweg

      Eine negative Diskriminante erlaubt keine reelle Quadratwurzel.

    3. Schritt 3 · Rechnung / Rechenweg

      f(x)=(x+1)2+4\mathsf{f(x)=(x+1)^2+4} — stets positiv.

    Ergebnis

    1. Rechnung und ErgebnisKeine reellen Nullstellen.
  7. Aufgabe 7Nullstellen quadratischer Funktionen · StandardEine Person löst x² = 16 nur mit x = 4. Ergänze und prüfe.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg
      x=±16\mathsf{x=\pm\sqrt{16}}
      x1=4,x2=−4\mathsf{x_1=4,\quad x_2=-4}
      (−4)2=16\mathsf{(-4)^2=16}

    Ergebnis

    1. Rechnung und ErgebnisAuch −4 ist eine Lösung. Beide Vorzeichen sind nötig.
  8. Aufgabe 8Nullstellen quadratischer Funktionen · VertiefungBestimme die Nullstellen von f(x) = (x−1)²−2 exakt.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg
      (x−1)2=2\mathsf{(x-1)^2=2}
      x−1=±2\mathsf{x-1=\pm\sqrt2}
      x=1±2\mathsf{x=1\pm\sqrt2}
      f(1+2)=2−2=0\mathsf{f(1+\sqrt2)=2-2=0}
      f(1−2)=2−2=0\mathsf{f(1-\sqrt2)=2-2=0}

    Ergebnis

    1. Rechnung und Ergebnisx1=1+2,x2=1−2\mathsf{x_1=1+\sqrt2,\quad x_2=1-\sqrt2}

Selbstcheck

Das kann ich jetzt

  • Ich nutze zuerst eine einfache erkennbare Form.
  • Ich beachte beide Vorzeichen beim Wurzelziehen.
  • Ich unterscheide keine, eine doppelte und zwei reelle Nullstellen.
  • Ich prüfe die Ergebnisse am ursprünglichen Funktionsterm.

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