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Betragsgleichungen und Betragsungleichungen lösen

Gleichungen · Ungleichungen · doppelte Beträge · Schritt für Schritt

Lösen Sie |ax+b| = c, Kleiner- und Größer-Ungleichungen sowie Gleichungen mit zwei Beträgen anhand vollständiger Rechenschritte und einer Darstellung auf dem Zahlenstrahl.

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Schnellbeispiele

|ax + b| = c

Was ist der Betrag?

Der Betrag einer reellen Zahl x, geschrieben |x|, misst ihren Abstand von null auf dem Zahlenstrahl und ist stets nichtnegativ. Formal ist er abschnittsweise definiert:

|x| = x für x ≥ 0     |x| = −x für x < 0

Gleichwertig gilt |x| = max(x, −x) = √(x²). Geometrisch ist |x| die Entfernung zwischen x und 0; deshalb gilt |5| = 5 und |−5| = 5. Bei Termen misst |ax + b| den Abstand von ax + b zu null und ist daher für Toleranzen, Fehleranalysen und Nebenbedingungen zentral.

|ax + b| = c lösen (Gleichung)

Grundlegend gilt: |Term| = c besitzt nur für c ≥ 0 Lösungen. Nach der Definition werden zwei Fälle unterschieden:

  • Fall 1 (positiver Zweig): ax + b = c  →  x = (c − b) / a
  • Fall 2 (negativer Zweig): ax + b = −c  →  x = (−c − b) / a

Für a = 0 wird die Gleichung zu |b| = c. Sie gilt für alle x, wenn |b| = c erfüllt ist, andernfalls für kein x. Prüfen Sie jede Lösung durch Einsetzen.

|ax + b| < c lösen (Kleiner-Ungleichung)

Eine Betragsungleichung mit „kleiner als“ bedeutet: „Der Term liegt weniger als c Einheiten von null entfernt.“ Sie entspricht der Doppelungleichung:

−c < ax + b < c

Lösen Sie beide Teile gleichzeitig nach x auf. Die Lösung ist ein beschränktes offenes Intervall mit Mittelpunkt x = −b/a und Radius c/|a|. Für c ≤ 0 gibt es keine Lösung. Der Zahlenstrahl zeigt einen markierten Abschnitt zwischen zwei offenen Randpunkten.

|ax + b| > c lösen (Größer-Ungleichung)

Eine Größer-Ungleichung bedeutet: „Der Term liegt mehr als c Einheiten von null entfernt.“ Teilen Sie sie in zwei Ungleichungen auf:

ax + b > c   ODER   ax + b < −c

Die Lösung ist die Vereinigung zweier Strahlen: (−∞, x₁) ∪ (x₂, +∞). Für c < 0 ist jede reelle Zahl eine Lösung, da der Betrag stets ≥ 0 ist. Auf dem Zahlenstrahl erstreckt sich die Markierung von zwei offenen Punkten nach außen.

|ax + b| = |cx + d| lösen (zwei Beträge)

Sind zwei Beträge gleich, gilt |A| = |B| genau dann, wenn A = B oder A = −B:

  • Fall 1: ax + b = cx + d  →  (a − c)x = d − b
  • Fall 2: ax + b = −(cx + d)  →  (a + c)x = −d − b

Jeder Fall liefert höchstens eine Lösung. Sonderfälle treten auf, wenn a = c ist und Fall 1 zur Identität wird oder wenn a = −c ist und Fall 2 zur Identität wird.

Intervallschreibweise im Überblick

UngleichungBedeutungIntervallschreibweiseZahlenstrahl
|x| = 3x hat Abstand 3 von 0{-3, 3}Zwei ausgefüllte Punkte
|x| < 3weniger als 3 von 0 entfernt(-3, 3)Offenes Intervall markiert
|x| ≤ 3höchstens 3 von 0 entfernt[-3, 3]Geschlossenes Intervall markiert
|x| > 3mehr als 3 von 0 entfernt(-∞,-3) ∪ (3,+∞)Zwei Strahlen nach außen
|x| ≥ 3mindestens 3 von 0 entfernt(-∞,-3] ∪ [3,+∞)Zwei geschlossene Strahlen nach außen

Praktische Anwendungen

  • Engineering tolerances: Ein Bauteil ist zulässig, wenn |Maß − Sollwert| ≤ ε gilt – unmittelbar eine Betragsungleichung.
  • Error bounds: Messunsicherheit wird als |Messwert − wahrer Wert| ≤ Fehlerspanne beschrieben.
  • Temperature control: Ein Thermostat hält einen Raum innerhalb von ±2°C um den Sollwert: |T − T₀| ≤ 2.
  • Signalverarbeitung: Die Abweichung eines Signals von einem Referenzwert bleibt innerhalb eines Grenzwerts.
  • Quality control: Teile werden verworfen, wenn ihr Gewicht um mehr als den Grenzwert von der Vorgabe abweicht: |w − w₀| > tol.
  • Finance: Stop-Loss-Regeln lösen einen Ausstieg aus, wenn |Kurs − Einstieg| > Risikotoleranz gilt.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Betrag und wie ist er definiert?
Der Betrag von x, geschrieben |x|, ist sein Abstand von null auf dem Zahlenstrahl. Er ist stets nichtnegativ: |x| = x für x ≥ 0 und |x| = −x für x < 0. Gleichwertig gilt |x| = max(x, −x) = √(x²). Deshalb sind |5| und |−5| jeweils 5.
Wie löst man |ax + b| = c?
Prüfen Sie zuerst c < 0; dann gibt es keine Lösung. Für c ≥ 0 entstehen die Fälle ax + b = c mit x = (c − b)/a und ax + b = −c mit x = (−c − b)/a. Für a ≠ 0 erhält man meist zwei verschiedene Lösungen. Prüfen Sie beide durch Einsetzen.
Wie löst man |ax + b| < c?
Für c ≤ 0 gibt es keine Lösung. Für c > 0 schreiben Sie −c < ax + b < c und lösen beide Ungleichungen gleichzeitig. Ziehen Sie überall b ab und teilen Sie durch a; bei a < 0 kehren sich die Zeichen um. Für a > 0 entsteht das offene Intervall (−c−b)/a < x < (c−b)/a.
Wie löst man |ax + b| > c?
Für c < 0 ist jede reelle Zahl eine Lösung. Für c ≥ 0 teilen Sie in ax + b > c ODER ax + b < −c auf und lösen beide Teile getrennt. Die Lösungsmenge ist die Vereinigung zweier Strahlen (−∞, x₁) ∪ (x₂, +∞), die auf dem Zahlenstrahl nach außen zeigen.
Wie löst man |ax + b| = |cx + d|?
Zwei Beträge sind gleich, wenn ihre inneren Terme gleich oder Gegenzahlen sind. Fall 1: ax + b = cx + d führt zu (a−c)x = d−b. Fall 2: ax + b = −(cx + d) führt zu (a+c)x = −d−b. Jeder Fall liefert höchstens einen x-Wert, der in der Ausgangsgleichung geprüft wird.
Wie schreibt man Betragslösungen als Intervalle?
Runde Klammern stehen für strengen Ausschluss (<, >), eckige Klammern für Einschluss (≤, ≥). Beispiele: |x| < 3 → (−3, 3), |x| ≤ 3 → [−3, 3], |x| > 3 → (−∞, −3) ∪ (3, +∞), |x| ≥ 3 → (−∞, −3] ∪ [3, +∞). Für Gleichungen gilt die Mengenschreibweise {x₁, x₂}.
Welche praktischen Anwendungen haben Betragsgleichungen?
Betragsungleichungen modellieren jede Toleranzbedingung: technische Vorgaben, Messfehlergrenzen, Temperaturregelung um einen Sollwert, Qualitätskontrolle, finanzielle Stop-Loss-Regeln und Grenzwerterkennung in der Signalverarbeitung. Immer wenn eine Größe innerhalb eines bestimmten Abstands vom Zielwert bleiben soll, beschreibt eine Betragsungleichung die Bedingung.