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Quadratische Ergänzung

Mit der quadratischen Ergänzung bringst Du eine quadratische Gleichung in die Form $(x + d)^2 = e$. Dann musst Du nur noch die Wurzel ziehen. Dasselbe Verfahren liefert die Scheitelpunktform einer Parabel – und es steckt hinter der pq-Formel.

Die Idee: ein Quadrat vervollständigen

x²3x3x9x3x3
x² + 6x fehlt nur noch das Eckquadrat 9, um (x + 3)² zu sein

Der Term $x^2 + 6x$ ist fast ein vollständiges Quadrat. Im Bild besteht er aus dem Quadrat $x^2$ und zwei Streifen $3x$. Zum großen Quadrat mit der Seite $x + 3$ fehlt nur die kleine Ecke $3 \cdot 3 = 9$:

\[x^2 + 6x + 9 = (x + 3)^2\]

Die Zahl, die Du ergänzen musst, ist immer das Quadrat der halben Zahl vor $x$. Damit die Gleichung stimmt, addierst Du sie auf beiden Seiten. Rückwärts gelesen ist das die 1. bzw. 2. binomische Formel.

Gleichungen lösen in fünf Schritten

Beispiel: $x^2 - 8x + 7 = 0$

\[\begin{aligned} x^2 - 8x + 7 &= 0 &&\text{1. Normalform: vor } x^2 \text{ steht schon } 1\\ x^2 - 8x &= -7 &&\text{2. Zahl ohne } x \text{ nach rechts}\\ x^2 - 8x + 16 &= -7 + 16 &&\text{3. } \left(\tfrac{-8}{2}\right)^2 = 16 \text{ auf beiden Seiten addieren}\\ (x - 4)^2 &= 9 &&\text{4. binomische Formel}\\ x - 4 &= \pm 3 &&\text{5. Wurzel ziehen, an } \pm \text{ denken} \end{aligned}\]

Also $x_1 = 4 - 3 = 1$ und $x_2 = 4 + 3 = 7$. Probe mit $x = 7$: $49 - 56 + 7 = 0$ ✓

Weitere Fälle

Zahl vor $x^2$ ist nicht 1: $3x^2 - 12x - 15 = 0$

Erst durch 3 teilen: $x^2 - 4x - 5 = 0$. Dann $x^2 - 4x = 5$, ergänzen mit $(-2)^2 = 4$: $(x - 2)^2 = 9$, also $x - 2 = \pm 3$ und $x_1 = -1$, $x_2 = 5$.

Ungerade Zahl vor $x$: $x^2 + 5x + 4 = 0$

Die halbe Zahl ist $\frac{5}{2}$, ihr Quadrat $\frac{25}{4}$. Aus $x^2 + 5x = -4$ wird

\[\left(x + \tfrac{5}{2}\right)^2 = -\tfrac{16}{4} + \tfrac{25}{4} = \tfrac{9}{4} \quad\Rightarrow\quad x + \tfrac{5}{2} = \pm\tfrac{3}{2}\]

Also $x_1 = -\frac{5}{2} - \frac{3}{2} = -4$ und $x_2 = -\frac{5}{2} + \frac{3}{2} = -1$. Brüche sind hier kein Problem – rechne mit ihnen statt mit gerundeten Dezimalzahlen.

Ergebnis mit Wurzel: $x^2 - 6x + 2 = 0$

$x^2 - 6x = -2$, ergänzen mit 9: $(x - 3)^2 = 7$. Daraus $x = 3 \pm \sqrt{7}$, also $x_1 \approx 0{,}35$ und $x_2 \approx 5{,}65$.

Keine Lösung: $x^2 + 4x + 7 = 0$

$x^2 + 4x = -7$, ergänzen mit 4: $(x + 2)^2 = -3$. Ein Quadrat kann nie negativ sein – die Gleichung hat keine Lösung. Steht rechts genau 0, gibt es genau eine Lösung.

Typische Fehler

  • Nur links ergänzt: Die Ergänzungszahl muss auch rechts dazu, sonst ist die Gleichung nicht mehr gleichwertig.
  • Vorzeichen in der Klammer: Bei $x^2 - 8x$ heißt es $(x - 4)^2$, bei $x^2 + 8x$ dagegen $(x + 4)^2$.
  • Nicht durch a geteilt: Die Regel „halbe Zahl vor x, quadriert“ gilt nur, wenn vor $x^2$ eine 1 steht.
  • ± vergessen: Aus $(x - 4)^2 = 9$ folgt $x - 4 = 3$ oder $x - 4 = -3$.

Rechner: quadratische Ergänzung

leer = 1

Gleichung in der Form a·x² + b·x + c = 0. Brüche (3/4) und Dezimalzahlen (0,5) sind erlaubt.

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Scheitelpunktform mit quadratischer Ergänzung

Bei einer Funktion gibt es keine rechte Seite, auf der Du die Ergänzung addieren kannst. Deshalb addierst und subtrahierst Du sie im selben Term – unterm Strich bleibt der Wert gleich:

\[f(x) = x^2 - 8x + 7 = \underbrace{x^2 - 8x + 16}_{(x - 4)^2} - 16 + 7 = (x - 4)^2 - 9\]

Aus der Scheitelpunktform $f(x) = (x - 4)^2 - 9$ liest Du den Scheitelpunkt $S(4 \mid -9)$ direkt ab. Die Nullstellen sind dieselben wie oben: 1 und 7. Ist der Faktor vor $x^2$ nicht 1, klammerst Du ihn zuerst aus. Das erledigt der Scheitelpunkt-Rechner mit Graph; Grundlagen zu Parabeln findest Du bei quadratischen Funktionen.

Woher die pq-Formel kommt

Machst Du die quadratische Ergänzung einmal mit Buchstaben statt Zahlen, erhältst Du die pq-Formel:

\[x^2 + px + q = 0 \;\Rightarrow\; \left(x + \tfrac{p}{2}\right)^2 = \left(\tfrac{p}{2}\right)^2 - q \;\Rightarrow\; x_{1,2} = -\tfrac{p}{2} \pm \sqrt{\left(\tfrac{p}{2}\right)^2 - q}\]

Der Ausdruck unter der Wurzel entscheidet, ob es zwei, eine oder keine Lösung gibt – genau wie die rechte Seite nach dem Ergänzen.

Online üben

Gib die Lösungen ein, z. B. „1; 7“. Mit „Neue Aufgaben“ bekommst Du andere Gleichungen.

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Neue Aufgaben

Stufe 1: gerade Zahl vor x

  1. Aufgabe 1
    \(x^{2} + 2x - 48 = 0\)
    \(\left(x + 1\right)^2 = 49\quad\Rightarrow\quad x_1 = -8,\ x_2 = 6\)
  2. Aufgabe 2
    \(x^{2} - 6x - 7 = 0\)
    \(\left(x - 3\right)^2 = 16\quad\Rightarrow\quad x_1 = -1,\ x_2 = 7\)
  3. Aufgabe 3
    \(x^{2} + 4x - 12 = 0\)
    \(\left(x + 2\right)^2 = 16\quad\Rightarrow\quad x_1 = -6,\ x_2 = 2\)
  4. Aufgabe 4
    \(x^{2} + 14x + 45 = 0\)
    \(\left(x + 7\right)^2 = 4\quad\Rightarrow\quad x_1 = -9,\ x_2 = -5\)
  5. Aufgabe 5
    \(x^{2} - 4x - 32 = 0\)
    \(\left(x - 2\right)^2 = 36\quad\Rightarrow\quad x_1 = -4,\ x_2 = 8\)
  6. Aufgabe 6
    \(x^{2} - 12x - 13 = 0\)
    \(\left(x - 6\right)^2 = 49\quad\Rightarrow\quad x_1 = -1,\ x_2 = 13\)

Tippe Deine Lösung ein und klicke auf „Prüfen“ (oder drücke Enter). Brüche als 3/4, Dezimalzahlen mit Komma, mehrere Lösungen mit ; trennen, Potenzen als x^2, Wurzeln als sqrt(5). Punkte: 10 für richtig beim ersten Versuch, 6 nach einem Fehlversuch, 5 mit Tipp, 0 wenn Du Dir vorher die Lösung anschaust. Deine Punkte und Abzeichen siehst Du unter Mein Training.

Arbeitsblatt: Quadratische Ergänzung

Eine volle DIN-A4-Seite Aufgaben mit Lösungsblatt zum Ausdrucken – bei jedem Klick neue Aufgaben. Klasse 9–10.

Schwierigkeit

Häufige Fragen

Wann nehme ich die quadratische Ergänzung statt der pq-Formel?

Beide liefern dieselben Lösungen. Die Ergänzung ist praktisch, wenn die Zahl vor $x$ gerade ist, wenn Du zusätzlich den Scheitelpunkt brauchst oder wenn die Aufgabe ausdrücklich nach dem Verfahren fragt. Für schnelle Ergebnisse ist die pq-Formel kürzer.

Was genau wird „ergänzt“?

Das Quadrat der halben Zahl vor $x$. Erst dadurch wird aus $x^2 + px$ ein vollständiges Quadrat $\left(x + \frac{p}{2}\right)^2$.

Geht das auch bei Gleichungen ohne $x$-Glied?

Bei $x^2 - 9 = 0$ gibt es nichts zu ergänzen: $x^2 = 9$, also $x = \pm 3$. Fehlt dagegen die Zahl ohne $x$ (z. B. $x^2 - 5x = 0$), ist Ausklammern schneller: $x(x - 5) = 0$.

Weiterlesen: Quadratische Ergänzung bei Wikipedia

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