Zentralmatura 2027 · Mathematik (AHS)

Quadratische Gleichungen: große und kleine Lösungsformel, Lösungsfälle

Eine quadratische Gleichung hat die Unbekannte im Quadrat und höchstens zwei reelle Lösungen. Diese Seite zeigt dir für die Mathe-Matura und für die Klausur in Angewandter Mathematik, wie du eine Gleichung auf die Form mit Null bringst, mit der großen oder der kleinen Lösungsformel löst, am Ausdruck unter der Wurzel erkennst, wie viele reelle Lösungen es gibt, und Lösungen im Sachzusammenhang deutest.

Mathe-Matura (AHS): in 2 der 5 Haupttermin-Klausuren 2022–2026; Angewandte Mathematik, Teil A: in einer der 8 Klausuren seit Mai 2024; Teil B HTL 2: in einer der 8.

In der Klausur

aus den Katalogen des BMB
Was der Katalog jeder Schulform zu diesem Thema sagt, und in welchen Aufgaben der Klausuren es gefragt wurde.

Gezählt: AHS die Haupttermine 2022–2026, BHS alle Klausuren seit Mai 2024. Eine Klausur zählt, wenn eine Aufgabe das Thema fragt.

Das Wichtigste

was du wissen musst
  • Die Normalform ist x2+p⋅x+q=0x^2 + p \cdot x + q = 0, die allgemeine Form a⋅x2+a \cdot x^2 +{}b⋅x+ b \cdot x +{}c= c ={}0 0 mit a≠0a \neq 0. Beide haben rechts null: Bring zuerst alle Terme auf eine Seite.
  • Die kleine Lösungsformel für die Normalform: x1,2=−p2±(p2)2−qx_{1{,}2} = -\frac{p}{2} \pm \sqrt{\left(\frac{p}{2}\right)^2 - q}. Die große Lösungsformel für die allgemeine Form: x1,2=x_{1{,}2} ={}−b±b2−4⋅a⋅c2⋅a \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4 \cdot a \cdot c}}{2 \cdot a}. Beide stehen im Kapitel 5 der Formelsammlung (Seite 4).
  • Die große Lösungsformel wird auch Mitternachtsformel genannt, die kleine auch p-q-Formel.
  • Der Ausdruck unter der Wurzel, (p2)2−q\left(\frac{p}{2}\right)^2 - q bzw. b2−4⋅a⋅cb^2 - 4 \cdot a \cdot c, entscheidet über die Lösungsfälle: Ist er positiv, gibt es zwei verschiedene reelle Lösungen, ist er null, genau eine (eine Doppellösung), ist er negativ, keine reelle Lösung.
  • Geometrisch sind die reellen Lösungen die Nullstellen der Parabel y=y ={}a⋅x2+b⋅x+c a \cdot x^2 + b \cdot x + c: zwei Schnittpunkte, ein Berührpunkt oder kein Schnittpunkt mit der xx-Achse.
  • Der Satz von Vieta verbindet die Lösungen mit den Koeffizienten der Normalform: x1+x2=−px_1 + x_2 = -p und x1⋅x2=qx_1 \cdot x_2 = q. Daraus folgt die Zerlegung in Linearfaktoren: Der Term x2+p⋅x+qx^2 + p \cdot x + q ist gleich (x−x1)⋅(x−x2)(x - x_1) \cdot (x - x_2).
  • Fehlt ein Glied, geht es schneller: x2=cx^2 = c löst du durch Wurzelziehen (x=±cx = \pm \sqrt{c} für c≥0c \geq 0), x2+p⋅x=0x^2 + p \cdot x = 0 durch Herausheben: x⋅(x+p)=0x \cdot (x + p) = 0.

Die Mathematik-Klausur der AHS dauert 270 Minuten und hat 36 Punkte. Du darfst die freigegebene Formelsammlung und deine Technologie verwenden, etwa einen grafikfähigen Taschenrechner oder eine Software mit den vorgeschriebenen Funktionen.

Die Klausur in Angewandter Mathematik dauert 270 Minuten und hat 42 Punkte, in Teil A und Teil B. Eine Rechnung zählt nur mit nachvollziehbarem Rechenansatz oder dokumentiertem Technologieeinsatz. Erlaubt sind die Formelsammlung und deine Technologie.

So gehst du vor

Schritt für Schritt
  1. 1.Auf null bringen

    Forme so um, dass auf einer Seite null steht, und ordne nach Potenzen von xx. Dividiere durch aa, wenn du die kleine Lösungsformel verwenden willst.
  2. 2.Koeffizienten ablesen

    Lies pp und qq bzw. aa, bb und cc mit ihren Vorzeichen ab. Fehlt ein Glied, ist der Koeffizient null.
  3. 3.Den Lösungsfall bestimmen

    Berechne den Ausdruck unter der Wurzel. Sein Vorzeichen sagt dir, ob es zwei, eine oder keine reelle Lösung gibt.
  4. 4.Lösungsformel anwenden

    Setze ein und rechne beide Vorzeichen von ±\pm aus. Mach eine Probe, indem du eine Lösung in die ursprüngliche Gleichung einsetzt.
  5. 5.Im Kontext prüfen

    Eine Länge oder eine Anzahl kann nicht negativ sein. Entscheide, welche Lösung zur Frage passt, und gib sie mit Einheit an.

Beispiele

Versuch es zuerst selbst und vergleiche dann mit dem Lösungsweg.
  1. 1.Die große Lösungsformel

    Löse die Gleichung 2⋅x2+2 \cdot x^2 +{}3⋅x− 3 \cdot x -{}5= 5 ={}0 0.
  2. 2.Die kleine Lösungsformel

    Löse die Gleichung x2+8⋅x+5=0x^2 + 8 \cdot x + 5 = 0 und runde auf zwei Nachkommastellen.
  3. 3.Lösungsfälle mit einem Parameter

    Für welche Werte von k∈Rk \in \mathbb{R} hat die Gleichung x2+4⋅x+k=0x^2 + 4 \cdot x + k = 0 keine reelle Lösung?
  4. 4.Ein Rechteck im Sachzusammenhang

    Ein Foto ist 14 cm breit und 9 cm hoch. Es bekommt einen Rahmen, der rundherum gleich breit ist. Foto und Rahmen bedecken zusammen 234 cm². Berechne die Breite des Rahmens.

Eine Aufgabe aus der Zentralmatura

eine echte Maturaaufgabe
So steht die Aufgabe in der Klausur, mit dem Text der Aufgabe darüber. Versuch sie zuerst selbst, bevor du den Lösungsweg öffnest.
ZentralmaturaAHS

Zentralmatura Mathematik (AHS) — Haupttermin 2021/22 (3. Mai 2022)

Aufgabe 2

Quadratische Gleichung Gegeben ist die folgende quadratische Gleichung in der Variablen xx: 3⋅x2+a=3 \cdot x^2 + a ={}2⋅x2+ 2 \cdot x^2 +{}6⋅x− 6 \cdot x -{}4mita∈R 4 \quad \text{mit} \quad a \in \mathbb{R} Ermitteln Sie alle Werte von aa, für die die gegebene Gleichung zwei verschiedene Lösungen in R\mathbb{R} hat.

Datenquelle: Bundesministerium für Bildung — Zentralmatura, Mathematik (AHS), Haupttermin 2021/22 (3. Mai 2022), Aufgabe 2 — matura.gv.at, CC BY 4.0 · Die Klausur auf matura.gv.at

Je nach Schulform und Cluster

AHS, Teil A, Teil B

Angewandte Mathematik (BHS), Teil A

In Teil A, den alle Cluster der BHS schreiben, steht unter Deskriptor 2.9, dass du Probleme aus Anwendungsgebieten durch quadratische Gleichungen mit einer Variablen modellierst, reelle Lösungen ermittelst und die verschiedenen Lösungsfälle interpretierst. Schreib die Gleichung als Rechenansatz auf, bevor du sie löst. Löst du sie mit deiner Technologie, dokumentierst du die verwendete Funktion und ihre Eingaben. Danach entscheidest du, welche Lösung im Sachzusammenhang sinnvoll ist.

Angewandte Mathematik (HTL 2)

In Teil B der HTL 2 steht unter B_T2_2.3, dass du quadratische Gleichungen in einer Variablen löst und die möglichen Lösungsfälle inklusive komplexer Lösungen interpretierst. Ist der Ausdruck unter der Wurzel negativ, hat die Gleichung zwei zueinander konjugiert komplexe Lösungen. Bei x2+2⋅x+5=0x^2 + 2 \cdot x + 5 = 0 ist er 1−5=−41 - 5 = -4, also x1,2=x_{1{,}2} ={}−1±2⋅i -1 \pm 2 \cdot \mathrm{i} mit der imaginären Einheit i\mathrm{i} (i2=−1\mathrm{i}^2 = -1).

Teste dich selbst

gleich auswerten
Wähle oder tippe deine Antwort und werte sie gleich aus: der Lösungsweg erscheint unter der Aufgabe.
AHS

Aufgabe 1.

Gegeben ist die Gleichung x2+10⋅x+c=x^2 + 10 \cdot x + c ={}0 0 mit c∈Rc \in \mathbb{R}. Für welchen Wert von cc hat die Gleichung genau eine reelle Lösung?

Aufgabe für diese Seite — Lösungsweg von Kleksa.

AHS

Aufgabe 2.

Gegeben ist die Gleichung x2−3⋅x−10=x^2 - 3 \cdot x - 10 ={}0 0. Kreuze die beiden zutreffenden Aussagen an.

Wähle höchstens 2

Aufgabe für diese Seite — Lösungsweg von Kleksa.

BHS Teil A

Aufgabe 3.

Ein rechteckiger Garten hat einen Umfang von 46 m und einen Flächeninhalt von 120 m². Wie viele Meter ist seine längere Seite lang?

Aufgabe für diese Seite — Lösungsweg von Kleksa.

HTL 2

Aufgabe 4.

Die Gleichung x2+6⋅x+25=x^2 + 6 \cdot x + 25 ={}0 0 hat zwei komplexe Lösungen. Gib den Imaginärteil derjenigen Lösung an, deren Imaginärteil positiv ist.

Aufgabe für diese Seite — Lösungsweg von Kleksa.

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Typische Fehler

wo Punkte verloren gehen
  • Nicht auf null bringen. Die Lösungsformeln gelten nur für Gleichungen, die rechts null haben. Bei x2+3⋅x=4x^2 + 3 \cdot x = 4 ist q=−4q = -4, nicht q=4q = 4.
  • Vorzeichen verlieren. In der kleinen Lösungsformel steht −p2-\frac{p}{2}, in der großen −b-b; bei negativem pp oder bb wird der Wert positiv.
  • Das ±\pm vergessen. Wer nur die Wurzel addiert, findet nur eine der beiden Lösungen. Rechne beide Vorzeichen aus.
  • Durch xx kürzen. Aus x2=3⋅xx^2 = 3 \cdot x wird beim Kürzen nur x=3x = 3; die Lösung x=0x = 0 geht verloren. Bring stattdessen alles auf eine Seite und hebe heraus: x⋅(x−3)=0x \cdot (x - 3) = 0.
  • Eine sinnlose Lösung stehen lassen. Wird eine Länge, ein Preis oder eine Zeit gesucht, scheidet eine negative Lösung aus; schreib das als Satz an.

Merk dir

  • Normalform: x2+p⋅x+q=0x^2 + p \cdot x + q = 0 mit x1,2=−p2±(p2)2−qx_{1{,}2} = -\frac{p}{2} \pm \sqrt{\left(\frac{p}{2}\right)^2 - q}.
  • Allgemeine Form: x1,2=x_{1{,}2} ={}−b±b2−4⋅a⋅c2⋅a \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4 \cdot a \cdot c}}{2 \cdot a}.
  • Ausdruck unter der Wurzel positiv: zwei reelle Lösungen; null: eine; negativ: keine.
  • Vieta: x1+x2=−px_1 + x_2 = -p und x1⋅x2=qx_1 \cdot x_2 = q.
  • Zuerst auf null bringen, am Ende im Kontext prüfen.

Häufige Fragen

  1. 1.Wann nehme ich die große und wann die kleine Lösungsformel?+
    Antwort:Steht vor x2x^2 eine 1, also in der Normalform, ist die kleine Lösungsformel kürzer. Hat die Gleichung einen anderen Koeffizienten aa, verwendest du entweder die große Formel oder du dividierst die ganze Gleichung durch aa und nimmst dann die kleine. Beide führen zu denselben Lösungen.
  2. 2.Woran erkennst du, wie viele reelle Lösungen es gibt?+
    Antwort:Am Vorzeichen des Ausdrucks unter der Wurzel. Ist er positiv, gibt es zwei verschiedene reelle Lösungen, ist er null, gibt es genau eine, und ist er negativ, gibt es keine reelle Lösung, weil du aus einer negativen Zahl in R\mathbb{R} keine Wurzel ziehen kannst. Bei Aufgaben mit Parameter stellst du aus dieser Bedingung eine Ungleichung auf.
  3. 3.Muss ich die Lösungsformeln auswendig können?+
    Antwort:Beide Formeln, den Satz von Vieta und die Zerlegung in Linearfaktoren findest du im Kapitel 5 der Formelsammlung auf Seite 4. Nicht dort steht, was die Lösungsfälle bedeuten und wie du eine Gleichung auf null bringst. Das musst du selbst können, ebenso das Deuten der Lösungen im Kontext.
  4. 4.Darf ich eine quadratische Gleichung mit der Technologie lösen?+
    Antwort:Ja, die Technologie ist in der ganzen Klausur erlaubt. An der BHS zählt eine Rechnung aber nur mit nachvollziehbarem Rechenansatz oder dokumentiertem Technologieeinsatz: Schreib die Gleichung auf und nenne die verwendete Funktion mit ihren Eingaben. Auch in der AHS-Klausur hilft dir die aufgeschriebene Gleichung, einen Tippfehler zu finden.
  5. 5.Was ist eine Doppellösung?+
    Antwort:Ist der Ausdruck unter der Wurzel null, fallen die beiden Lösungen zusammen: x1=x2x_1 = x_2. Die Parabel berührt die xx-Achse dann in einem Punkt, ohne sie zu schneiden. Die Zerlegung in Linearfaktoren ist dann ein Quadrat, zum Beispiel x2−6⋅x+9=x^2 - 6 \cdot x + 9 ={}(x−3)2 (x - 3)^2.
  6. 6.Was mache ich, wenn eine Lösung im Sachzusammenhang nicht passt?+
    Antwort:Verwirf sie und begründe es: Eine Länge, ein Preis, eine Stückzahl oder eine Zeit kann nicht negativ sein. Bei einer Anzahl muss die Lösung außerdem eine ganze Zahl sein. Schreib das Ergebnis als Antwortsatz mit Einheit an und nenne, welche Lösung du ausgeschlossen hast.

Zum Schluss.

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