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algebraSchwierigkeit: Grundlagealgebraquadraticvieta
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韦达定理wéidá dìnglǐ

Vieta-Formeln
4 Min. Lesezeit
Aktualisiert 24. Januar 2025
Vollständig

Kernkonzept

Die Vieta-Formeln (韦达定理) stellen eine Beziehung zwischen den Koeffizienten eines Polynoms und den Summen und Produkten seiner Wurzeln her.

Für die quadratische Gleichung ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 mit den Wurzeln x1x_1 und x2x_2:

x1+x2=−bax_1 + x_2 = -\frac{b}{a} (Summe der Wurzeln)

x1⋅x2=cax_1 \cdot x_2 = \frac{c}{a} (Produkt der Wurzeln)

Herleitung

Aus der quadratischen Formel: x1=−b+Δ2a,x2=−b−Δ2ax_1 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a}, \quad x_2 = \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a}

Summe: x1+x2=−b+Δ2a+−b−Δ2a=−2b2a=−bax_1 + x_2 = \frac{-b + \sqrt{\Delta}}{2a} + \frac{-b - \sqrt{\Delta}}{2a} = \frac{-2b}{2a} = -\frac{b}{a}

Produkt: x1⋅x2=(−b+Δ)(−b−Δ)4a2=b2−Δ4a2=b2−(b2−4ac)4a2=4ac4a2=cax_1 \cdot x_2 = \frac{(-b + \sqrt{\Delta})(-b - \sqrt{\Delta})}{4a^2} = \frac{b^2 - \Delta}{4a^2} = \frac{b^2 - (b^2 - 4ac)}{4a^2} = \frac{4ac}{4a^2} = \frac{c}{a}

Wichtige Anwendungen

1. Ausdrücke berechnen ohne zu lösen

Berechnen Sie Ausdrücke mit Wurzeln, ohne die tatsächlichen Wurzeln zu bestimmen.

Wichtige Formeln: x12+x22=(x1+x2)2−2x1x2x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2

x13+x23=(x1+x2)3−3x1x2(x1+x2)x_1^3 + x_2^3 = (x_1 + x_2)^3 - 3x_1x_2(x_1 + x_2)

1x1+1x2=x1+x2x1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2} = \frac{x_1 + x_2}{x_1 x_2}

(x1−x2)2=(x1+x2)2−4x1x2(x_1 - x_2)^2 = (x_1 + x_2)^2 - 4x_1x_2

2. Gleichungen aus Wurzeln konstruieren

Wenn α\alpha und β\beta Wurzeln sind, lautet die quadratische Gleichung: x2−(α+β)x+αβ=0x^2 - (\alpha + \beta)x + \alpha\beta = 0

Oder gleichwertig: (x−α)(x−β)=0(x - \alpha)(x - \beta) = 0

3. Vorzeichen der Wurzeln bestimmen

Ohne zu lösen, das Vorzeichen der Wurzeln bestimmen:

  • Beide positiv: x1+x2>0x_1 + x_2 > 0 UND x1⋅x2>0x_1 \cdot x_2 > 0
  • Beide negativ: x1+x2<0x_1 + x_2 < 0 UND x1⋅x2>0x_1 \cdot x_2 > 0
  • Verschiedene Vorzeichen: x1⋅x2<0x_1 \cdot x_2 < 0

CSCA-Übungsaufgaben

💡 Hinweis: Die folgenden Übungsaufgaben basieren auf dem CSCA-Prüfungslehrplan.

Beispiel 1: Grundlegend (Schwierigkeitsgrad ★★☆☆☆)

Wenn x1x_1 und x2x_2 Wurzeln von x2−3x−4=0x^2 - 3x - 4 = 0 sind, bestimmen Sie x1+x2x_1 + x_2 und x1⋅x2x_1 \cdot x_2.

Lösung:

Nach den Vieta-Formeln mit a=1a = 1, b=−3b = -3, c=−4c = -4: x1+x2=−−31=3x_1 + x_2 = -\frac{-3}{1} = 3 x1⋅x2=−41=−4x_1 \cdot x_2 = \frac{-4}{1} = -4

Antwort: Summe = 3, Produkt = -4


Beispiel 2: Mittelstufe (Schwierigkeitsgrad ★★★☆☆)

Wenn x1x_1 und x2x_2 Wurzeln von 2x2+5x−3=02x^2 + 5x - 3 = 0 sind, bestimmen Sie x12+x22x_1^2 + x_2^2.

Lösung:

Nach den Vieta-Formeln: x1+x2=−52,x1⋅x2=−32x_1 + x_2 = -\frac{5}{2}, \quad x_1 \cdot x_2 = -\frac{3}{2}

Mit der Identität: x12+x22=(x1+x2)2−2x1x2x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2 =(−52)2−2(−32)= \left(-\frac{5}{2}\right)^2 - 2\left(-\frac{3}{2}\right) =254+3=254+124=374= \frac{25}{4} + 3 = \frac{25}{4} + \frac{12}{4} = \frac{37}{4}

Antwort: 374\dfrac{37}{4}


Beispiel 3: Fortgeschritten (Schwierigkeitsgrad ★★★★☆)

Wenn x1x_1 und x2x_2 Wurzeln von x2−4x+1=0x^2 - 4x + 1 = 0 sind, bestimmen Sie x1x2+x2x1\dfrac{x_1}{x_2} + \dfrac{x_2}{x_1}.

Lösung:

Nach den Vieta-Formeln: x1+x2=4,x1⋅x2=1x_1 + x_2 = 4, \quad x_1 \cdot x_2 = 1

Vereinfachen des Ausdrucks: x1x2+x2x1=x12+x22x1x2\frac{x_1}{x_2} + \frac{x_2}{x_1} = \frac{x_1^2 + x_2^2}{x_1 x_2}

Zuerst x12+x22x_1^2 + x_2^2 bestimmen: x12+x22=(x1+x2)2−2x1x2=16−2=14x_1^2 + x_2^2 = (x_1 + x_2)^2 - 2x_1x_2 = 16 - 2 = 14

Daher: x1x2+x2x1=141=14\frac{x_1}{x_2} + \frac{x_2}{x_1} = \frac{14}{1} = 14

Antwort: 1414


Beispiel 4: Fortgeschritten (Schwierigkeitsgrad ★★★★☆)

Finden Sie eine quadratische Gleichung mit ganzzahligen Koeffizienten, deren Wurzeln 2+32 + \sqrt{3} und 2−32 - \sqrt{3} sind.

Lösung:

Summe der Wurzeln: α+β=(2+3)+(2−3)=4\alpha + \beta = (2 + \sqrt{3}) + (2 - \sqrt{3}) = 4

Produkt der Wurzeln: α⋅β=(2+3)(2−3)=4−3=1\alpha \cdot \beta = (2 + \sqrt{3})(2 - \sqrt{3}) = 4 - 3 = 1

Die Gleichung lautet: x2−4x+1=0x^2 - 4x + 1 = 0

Antwort: x2−4x+1=0x^2 - 4x + 1 = 0


Beispiel 5: Fortgeschritten (Schwierigkeitsgrad ★★★★★)

Wenn eine Wurzel von x2+px+q=0x^2 + px + q = 0 doppelt so groß wie die andere ist und die Summe der Wurzeln 6 beträgt, bestimmen Sie pp und qq.

Lösung:

Seien die Wurzeln rr und 2r2r.

Nach den Vieta-Formeln:

  • r+2r=3r=−pr + 2r = 3r = -p
  • r⋅2r=2r2=qr \cdot 2r = 2r^2 = q

Gegeben Summe = 6: 3r=6⇒r=23r = 6 \Rightarrow r = 2

Daher: p=−3r=−6p = -3r = -6 q=2r2=2(4)=8q = 2r^2 = 2(4) = 8

Antwort: p=−6p = -6, q=8q = 8

Erweiterte Vieta-Formeln

Für die kubische Gleichung ax3+bx2+cx+d=0ax^3 + bx^2 + cx + d = 0 mit den Wurzeln x1,x2,x3x_1, x_2, x_3:

x1+x2+x3=−bax_1 + x_2 + x_3 = -\frac{b}{a} x1x2+x2x3+x3x1=cax_1x_2 + x_2x_3 + x_3x_1 = \frac{c}{a} x1⋅x2⋅x3=−dax_1 \cdot x_2 \cdot x_3 = -\frac{d}{a}

Häufige Fehler

❌ Fehler 1: Falsches Vorzeichen bei der Summe

Falsch: x1+x2=bax_1 + x_2 = \frac{b}{a} ✗

Richtig: x1+x2=−bax_1 + x_2 = -\frac{b}{a} ✓

❌ Fehler 2: Annahme reeller Wurzeln

Die Vieta-Formeln gelten auch bei Δ<0\Delta < 0 (komplexe Wurzeln), aber viele Anwendungen erfordern reelle Wurzeln. Prüfen Sie immer Δ≥0\Delta \geq 0, wenn nötig.

❌ Fehler 3: Unvollständige Wurzelbedingungen

Für „beide Wurzeln positiv": Es müssen sowohl x1+x2>0x_1 + x_2 > 0 als auch x1⋅x2>0x_1 \cdot x_2 > 0 und Δ≥0\Delta \geq 0 gelten.

Lerntipps

  1. ✅ Vorzeichen merken: Summe hat Minuszeichen, Produkt nicht
  2. ✅ Wichtige Umformungen lernen: x12+x22x_1^2 + x_2^2, 1x1+1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2}, usw.
  3. ✅ Mit Diskriminante kombinieren: Für Bedingungen reeller Wurzeln
  4. ✅ Rückwärtsaufgaben üben: Gleichung aus gegebenen Wurzeln finden

💡 Prüfungstipp: Die Vieta-Formeln werden häufig in der CSCA geprüft. Beherrschen Sie die Umformungen für x12+x22x_1^2 + x_2^2 und 1x1+1x2\frac{1}{x_1} + \frac{1}{x_2} — sie kommen in den meisten Aufgaben vor!

Practice Exercises

Practice to reinforce your understanding