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2cosh^2(x)-5sinh(x)=5

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Lösung

2cosh2(x)−5sinh(x)=5

Lösung

x=ln(0.61803…),x=ln(6.16227…)
+1
Grad
x=−27.57140…∘,x=104.18930…∘
Schritte zur Lösung
2cosh2(x)−5sinh(x)=5
Umschreiben mit Hilfe von Trigonometrie-Identitäten
2cosh2(x)−5sinh(x)=5
Hyperbolische Identität anwenden: sinh(x)=2ex−e−x​2cosh2(x)−5⋅2ex−e−x​=5
Hyperbolische Identität anwenden: cosh(x)=2ex+e−x​2(2ex+e−x​)2−5⋅2ex−e−x​=5
2(2ex+e−x​)2−5⋅2ex−e−x​=5
2(2ex+e−x​)2−5⋅2ex−e−x​=5:x=ln(0.61803…),x=ln(6.16227…)
2(2ex+e−x​)2−5⋅2ex−e−x​=5
Wende Exponentenregel an
2(2ex+e−x​)2−5⋅2ex−e−x​=5
Wende Exponentenregel an: abc=(ab)ce−x=(ex)−12(2ex+(ex)−1​)2−5⋅2ex−(ex)−1​=5
2(2ex+(ex)−1​)2−5⋅2ex−(ex)−1​=5
Schreibe die Gleichung um mit ex=u2(2u+(u)−1​)2−5⋅2u−(u)−1​=5
Löse 2(2u+u−1​)2−5⋅2u−u−1​=5:u≈−0.16227…,u≈0.61803…,u≈−1.61803…,u≈6.16227…
2(2u+u−1​)2−5⋅2u−u−1​=5
Fasse zusammen2u2(u2+1)2​−2u5(u2−1)​=5
Multipliziere mit dem kleinsten gemeinsamen Multiplikator
2u2(u2+1)2​−2u5(u2−1)​=5
Finde das kleinste gemeinsame Vielfache von 2u2,2u:2u2
2u2,2u
kleinstes gemeinsames Vielfaches (kgV)
kleinstes gemeinsames Vielfache von2,2:2
2,2
kleinstes gemeinsams Vielfaches (kgV)
Primfaktorzerlegung von 2:2
2
2 ist eine Primzahl, deshalb ist keine Faktorisierung möglich =2
Primfaktorzerlegung von 2:2
2
2 ist eine Primzahl, deshalb ist keine Faktorisierung möglich =2
Multipliziere jeden Faktor mit der Anzahl wie häufig er in 2 oder 2vorkommt=2
Multipliziere die Zahlen: 2=2=2
Finde einen mathematischen Ausdruck, der aus Faktoren besteht, die entweder in 2u2 oder 2uauftauchen.=2u2
Multipliziere mit dem kleinsten gemeinsamen Multiplikator=2u22u2(u2+1)2​⋅2u2−2u5(u2−1)​⋅2u2=5⋅2u2
Vereinfache
2u2(u2+1)2​⋅2u2−2u5(u2−1)​⋅2u2=5⋅2u2
Vereinfache 2u2(u2+1)2​⋅2u2:(u2+1)2
2u2(u2+1)2​⋅2u2
Multipliziere Brüche: a⋅cb​=ca⋅b​=2u2(u2+1)2⋅2u2​
Streiche die gemeinsamen Faktoren: 2=u2(u2+1)2u2​
Streiche die gemeinsamen Faktoren: u2=(u2+1)2
Vereinfache −2u5(u2−1)​⋅2u2:−5u(u2−1)
−2u5(u2−1)​⋅2u2
Multipliziere Brüche: a⋅cb​=ca⋅b​=−2u5(u2−1)⋅2u2​
Streiche die gemeinsamen Faktoren: 2=−u5(u2−1)u2​
Streiche die gemeinsamen Faktoren: u=−5u(u2−1)
Vereinfache 5⋅2u2:10u2
5⋅2u2
Multipliziere die Zahlen: 5⋅2=10=10u2
(u2+1)2−5u(u2−1)=10u2
(u2+1)2−5u(u2−1)=10u2
(u2+1)2−5u(u2−1)=10u2
Löse (u2+1)2−5u(u2−1)=10u2:u≈−0.16227…,u≈0.61803…,u≈−1.61803…,u≈6.16227…
(u2+1)2−5u(u2−1)=10u2
Schreibe (u2+1)2−5u(u2−1)um:u4+2u2+1−5u3+5u
(u2+1)2−5u(u2−1)
(u2+1)2:u4+2u2+1
Wende Formel für perfekte quadratische Gleichungen an: (a+b)2=a2+2ab+b2a=u2,b=1
=(u2)2+2u2⋅1+12
Vereinfache (u2)2+2u2⋅1+12:u4+2u2+1
(u2)2+2u2⋅1+12
Wende Regel an 1a=112=1=(u2)2+2⋅1⋅u2+1
(u2)2=u4
(u2)2
Wende Exponentenregel an: (ab)c=abc=u2⋅2
Multipliziere die Zahlen: 2⋅2=4=u4
2u2⋅1=2u2
2u2⋅1
Multipliziere die Zahlen: 2⋅1=2=2u2
=u4+2u2+1
=u4+2u2+1
=u4+2u2+1−5u(u2−1)
Multipliziere aus −5u(u2−1):−5u3+5u
−5u(u2−1)
Wende das Distributivgesetz an: a(b−c)=ab−aca=−5u,b=u2,c=1=−5uu2−(−5u)⋅1
Wende Minus-Plus Regeln an−(−a)=a=−5u2u+5⋅1⋅u
Vereinfache −5u2u+5⋅1⋅u:−5u3+5u
−5u2u+5⋅1⋅u
5u2u=5u3
5u2u
Wende Exponentenregel an: ab⋅ac=ab+cu2u=u2+1=5u2+1
Addiere die Zahlen: 2+1=3=5u3
5⋅1⋅u=5u
5⋅1⋅u
Multipliziere die Zahlen: 5⋅1=5=5u
=−5u3+5u
=−5u3+5u
=u4+2u2+1−5u3+5u
u4+2u2+1−5u3+5u=10u2
Verschiebe 10u2auf die linke Seite
u4+2u2+1−5u3+5u=10u2
Subtrahiere 10u2 von beiden Seitenu4+2u2+1−5u3+5u−10u2=10u2−10u2
Vereinfacheu4−5u3−8u2+5u+1=0
u4−5u3−8u2+5u+1=0
Bestimme eine Lösung für u4−5u3−8u2+5u+1=0 nach dem Newton-Raphson-Verfahren:u≈−0.16227…
u4−5u3−8u2+5u+1=0
Definition Newton-Raphson-Verfahren
f(u)=u4−5u3−8u2+5u+1
Finde f′(u):4u3−15u2−16u+5
dud​(u4−5u3−8u2+5u+1)
Wende die Summen-/Differenzregel an: (f±g)′=f′±g′=dud​(u4)−dud​(5u3)−dud​(8u2)+dud​(5u)+dud​(1)
dud​(u4)=4u3
dud​(u4)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=4u4−1
Vereinfache=4u3
dud​(5u3)=15u2
dud​(5u3)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=5dud​(u3)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=5⋅3u3−1
Vereinfache=15u2
dud​(8u2)=16u
dud​(8u2)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=8dud​(u2)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=8⋅2u2−1
Vereinfache=16u
dud​(5u)=5
dud​(5u)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=5dudu​
Wende die allgemeine Ableitungsregel an: dudu​=1=5⋅1
Vereinfache=5
dud​(1)=0
dud​(1)
Ableitung einer Konstanten: dxd​(a)=0=0
=4u3−15u2−16u+5+0
Vereinfache=4u3−15u2−16u+5
Angenommen u0​=0Berechneun+1​ bis Δun+1​<0.000001
u1​=−0.2:Δu1​=0.2
f(u0​)=04−5⋅03−8⋅02+5⋅0+1=1f′(u0​)=4⋅03−15⋅02−16⋅0+5=5u1​=−0.2
Δu1​=∣−0.2−0∣=0.2Δu1​=0.2
u2​=−0.16321…:Δu2​=0.03678…
f(u1​)=(−0.2)4−5(−0.2)3−8(−0.2)2+5(−0.2)+1=−0.2784f′(u1​)=4(−0.2)3−15(−0.2)2−16(−0.2)+5=7.568u2​=−0.16321…
Δu2​=∣−0.16321…−(−0.2)∣=0.03678…Δu2​=0.03678…
u3​=−0.16227…:Δu3​=0.00093…
f(u2​)=(−0.16321…)4−5(−0.16321…)3−8(−0.16321…)2+5(−0.16321…)+1=−0.00672…f′(u2​)=4(−0.16321…)3−15(−0.16321…)2−16(−0.16321…)+5=7.19444…u3​=−0.16227…
Δu3​=∣−0.16227…−(−0.16321…)∣=0.00093…Δu3​=0.00093…
u4​=−0.16227…:Δu4​=6.57063E−7
f(u3​)=(−0.16227…)4−5(−0.16227…)3−8(−0.16227…)2+5(−0.16227…)+1=−4.72057E−6f′(u3​)=4(−0.16227…)3−15(−0.16227…)2−16(−0.16227…)+5=7.18434…u4​=−0.16227…
Δu4​=∣−0.16227…−(−0.16227…)∣=6.57063E−7Δu4​=6.57063E−7
u≈−0.16227…
Wende die schriftliche Division an:u+0.16227…u4−5u3−8u2+5u+1​=u3−5.16227…u2−7.16227…u+6.16227…
u3−5.16227…u2−7.16227…u+6.16227…≈0
Bestimme eine Lösung für u3−5.16227…u2−7.16227…u+6.16227…=0 nach dem Newton-Raphson-Verfahren:u≈0.61803…
u3−5.16227…u2−7.16227…u+6.16227…=0
Definition Newton-Raphson-Verfahren
f(u)=u3−5.16227…u2−7.16227…u+6.16227…
Finde f′(u):3u2−10.32455…u−7.16227…
dud​(u3−5.16227…u2−7.16227…u+6.16227…)
Wende die Summen-/Differenzregel an: (f±g)′=f′±g′=dud​(u3)−dud​(5.16227…u2)−dud​(7.16227…u)+dud​(6.16227…)
dud​(u3)=3u2
dud​(u3)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
Vereinfache=3u2
dud​(5.16227…u2)=10.32455…u
dud​(5.16227…u2)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=5.16227…dud​(u2)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=5.16227…⋅2u2−1
Vereinfache=10.32455…u
dud​(7.16227…u)=7.16227…
dud​(7.16227…u)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=7.16227…dudu​
Wende die allgemeine Ableitungsregel an: dudu​=1=7.16227…⋅1
Vereinfache=7.16227…
dud​(6.16227…)=0
dud​(6.16227…)
Ableitung einer Konstanten: dxd​(a)=0=0
=3u2−10.32455…u−7.16227…+0
Vereinfache=3u2−10.32455…u−7.16227…
Angenommen u0​=1Berechneun+1​ bis Δun+1​<0.000001
u1​=0.64365…:Δu1​=0.35634…
f(u0​)=13−5.16227…⋅12−7.16227…⋅1+6.16227…=−5.16227…f′(u0​)=3⋅12−10.32455…⋅1−7.16227…=−14.48683…u1​=0.64365…
Δu1​=∣0.64365…−1∣=0.35634…Δu1​=0.35634…
u2​=0.61820…:Δu2​=0.02545…
f(u1​)=0.64365…3−5.16227…⋅0.64365…2−7.16227…⋅0.64365…+6.16227…=−0.31981…f′(u1​)=3⋅0.64365…2−10.32455…⋅0.64365…−7.16227…=−12.56486…u2​=0.61820…
Δu2​=∣0.61820…−0.64365…∣=0.02545…Δu2​=0.02545…
u3​=0.61803…:Δu3​=0.00017…
f(u2​)=0.61820…3−5.16227…⋅0.61820…2−7.16227…⋅0.61820…+6.16227…=−0.00210…f′(u2​)=3⋅0.61820…2−10.32455…⋅0.61820…−7.16227…=−12.39843…u3​=0.61803…
Δu3​=∣0.61803…−0.61820…∣=0.00017…Δu3​=0.00017…
u4​=0.61803…:Δu4​=7.7271E−9
f(u3​)=0.61803…3−5.16227…⋅0.61803…2−7.16227…⋅0.61803…+6.16227…=−9.57952E−8f′(u3​)=3⋅0.61803…2−10.32455…⋅0.61803…−7.16227…=−12.39730…u4​=0.61803…
Δu4​=∣0.61803…−0.61803…∣=7.7271E−9Δu4​=7.7271E−9
u≈0.61803…
Wende die schriftliche Division an:u−0.61803…u3−5.16227…u2−7.16227…u+6.16227…​=u2−4.54424…u−9.97077…
u2−4.54424…u−9.97077…≈0
Bestimme eine Lösung für u2−4.54424…u−9.97077…=0 nach dem Newton-Raphson-Verfahren:u≈−1.61803…
u2−4.54424…u−9.97077…=0
Definition Newton-Raphson-Verfahren
f(u)=u2−4.54424…u−9.97077…
Finde f′(u):2u−4.54424…
dud​(u2−4.54424…u−9.97077…)
Wende die Summen-/Differenzregel an: (f±g)′=f′±g′=dud​(u2)−dud​(4.54424…u)−dud​(9.97077…)
dud​(u2)=2u
dud​(u2)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
Vereinfache=2u
dud​(4.54424…u)=4.54424…
dud​(4.54424…u)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=4.54424…dudu​
Wende die allgemeine Ableitungsregel an: dudu​=1=4.54424…⋅1
Vereinfache=4.54424…
dud​(9.97077…)=0
dud​(9.97077…)
Ableitung einer Konstanten: dxd​(a)=0=0
=2u−4.54424…−0
Vereinfache=2u−4.54424…
Angenommen u0​=−2Berechneun+1​ bis Δun+1​<0.000001
u1​=−1.63510…:Δu1​=0.36489…
f(u0​)=(−2)2−4.54424…(−2)−9.97077…=3.11771…f′(u0​)=2(−2)−4.54424…=−8.54424…u1​=−1.63510…
Δu1​=∣−1.63510…−(−2)∣=0.36489…Δu1​=0.36489…
u2​=−1.61807…:Δu2​=0.01703…
f(u1​)=(−1.63510…)2−4.54424…(−1.63510…)−9.97077…=0.13314…f′(u1​)=2(−1.63510…)−4.54424…=−7.81446…u2​=−1.61807…
Δu2​=∣−1.61807…−(−1.63510…)∣=0.01703…Δu2​=0.01703…
u3​=−1.61803…:Δu3​=0.00003…
f(u2​)=(−1.61807…)2−4.54424…(−1.61807…)−9.97077…=0.00029…f′(u2​)=2(−1.61807…)−4.54424…=−7.78038…u3​=−1.61803…
Δu3​=∣−1.61803…−(−1.61807…)∣=0.00003…Δu3​=0.00003…
u4​=−1.61803…:Δu4​=1.78938E−10
f(u3​)=(−1.61803…)2−4.54424…(−1.61803…)−9.97077…=1.3922E−9f′(u3​)=2(−1.61803…)−4.54424…=−7.78031…u4​=−1.61803…
Δu4​=∣−1.61803…−(−1.61803…)∣=1.78938E−10Δu4​=1.78938E−10
u≈−1.61803…
Wende die schriftliche Division an:u+1.61803…u2−4.54424…u−9.97077…​=u−6.16227…
u−6.16227…≈0
u≈6.16227…
Die Lösungen sindu≈−0.16227…,u≈0.61803…,u≈−1.61803…,u≈6.16227…
u≈−0.16227…,u≈0.61803…,u≈−1.61803…,u≈6.16227…
Überprüfe die Lösungen
Bestimme unbestimmte (Singularitäts-)Punkte:u=0
Nimm den/die Nenner von 2(2u+u−1​)2−52u−u−1​ und vergleiche mit Null
u=0
Die folgenden Punkte sind unbestimmtu=0
Kombine die undefinierten Punkte mit den Lösungen:
u≈−0.16227…,u≈0.61803…,u≈−1.61803…,u≈6.16227…
u≈−0.16227…,u≈0.61803…,u≈−1.61803…,u≈6.16227…
Setze u=exwiederein,löse für x
Löse ex=−0.16227…:Keine Lösung für x∈R
ex=−0.16227…
af(x) darf nicht null oder negativ sein x∈RKeineLo¨sungfu¨rx∈R
Löse ex=0.61803…:x=ln(0.61803…)
ex=0.61803…
Wende Exponentenregel an
ex=0.61803…
Wenn f(x)=g(x), dann ln(f(x))=ln(g(x))ln(ex)=ln(0.61803…)
Wende die log Regel an: ln(ea)=aln(ex)=xx=ln(0.61803…)
x=ln(0.61803…)
Löse ex=−1.61803…:Keine Lösung für x∈R
ex=−1.61803…
af(x) darf nicht null oder negativ sein x∈RKeineLo¨sungfu¨rx∈R
Löse ex=6.16227…:x=ln(6.16227…)
ex=6.16227…
Wende Exponentenregel an
ex=6.16227…
Wenn f(x)=g(x), dann ln(f(x))=ln(g(x))ln(ex)=ln(6.16227…)
Wende die log Regel an: ln(ea)=aln(ex)=xx=ln(6.16227…)
x=ln(6.16227…)
x=ln(0.61803…),x=ln(6.16227…)
x=ln(0.61803…),x=ln(6.16227…)

Graph

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