Methoden zur Nullstellenbestimmung

Polynomdivision

Lisa von OnMathe

Einleitung

Die Polynomdivision wirkt auf den ersten Blick kompliziert - aber keine Sorge, sie ist viel einfacher, als du denkst! Wir helfen dir dabei, Polynomdivision Schritt für Schritt zu verstehen. Mit einfachen Beispielen lernst du, wie sie funktioniert. Am Ende kannst du dein neues Wissen mit Übungsaufgaben testen, und sicherstellen, dass du das Thema wirklich beherrschst.
Merke
\(\underbrace{({\textcolor{green}{5x^3}} +7x^2 -x -3)}_{Dividend}:\underbrace{({\textcolor{orangered}{x}}+1)}_{Divisor}=\) \(\underbrace{{\textcolor{orange}{5x^2}}+2x-3}_{Quotient}\)
  • 1. Term Dividend : 1. Term Divisor = 1. Term Quotient
  • 1. Term Quotient x Divisor → unter Dividend schreiben und Subtrahieren
  • Nächsten Term aus dem Dividenden nach unten ziehen
  • Schema Fortsetzen, bis die Polynomdivision vollständig ist.
\(\phantom{-}(5x^3 +7x^2 -x -3):({\textcolor{orangered}{x}}+1)={\textcolor{orange}{5x^2}}\)
     \(\underline{-{\textcolor{midnightblue}{(5x^3+5x^2)}}} \ \downarrow \)
     \(\phantom{-(5x^3-)}{\textcolor{green}{2x^2}}-x\)
             ... Schema fortsetzen

Einleitung

Die Polynomdivision wirkt auf den ersten Blick kompliziert - aber keine Sorge, sie ist viel einfacher, als du denkst! Wir helfen dir dabei, Polynomdivision Schritt für Schritt zu verstehen. Mit einfachen Beispielen lernst du, wie sie funktioniert. Am Ende kannst du dein neues Wissen mit Übungsaufgaben testen, und sicherstellen, dass du das Thema wirklich beherrschst.
Merke
\(\underbrace{({\textcolor{green}{5x^3}} +7x^2 -x -3)}_{Dividend}:\underbrace{({\textcolor{orangered}{x}}+1)}_{Divisor}=\) \(\underbrace{{\textcolor{orange}{5x^2}}+2x-3}_{Quotient}\)
  • 1. Term Dividend : 1. Term Divisor = 1. Term Quotient
  • 1. Term Quotient x Divisor → unter Dividend schreiben und Subtrahieren
  • Nächsten Term aus dem Dividenden nach unten ziehen
  • Schema Fortsetzen, bis die Polynomdivision vollständig ist.
\(\phantom{-}(5x^3 +7x^2 -x -3):({\textcolor{orangered}{x}}+1)={\textcolor{orange}{5x^2}}\)
     \(\underline{-{\textcolor{midnightblue}{(5x^3+5x^2)}}} \ \downarrow \)
     \(\phantom{-(5x^3-)}{\textcolor{green}{2x^2}}-x\)
             ... Schema fortsetzen

Schritt für Schritt

Wir erklären dir das Verfahren der Polynomdivision an einem Beispiel zur Nullstellenberechnung.
Beispiel
\(f(x)= 5x^3 +7x^2 -x -3\)
Um die Polynomdivision anwenden zu können, musst du bereits eine Nullstelle kennen.
In unserem Beispiel ist die bekannte Nullstelle \(N(-1|0)\). Im ersten Schritt schreiben wir diese Nullstelle als Linearfaktor.
\(N(-1|0) \hspace{0.5cm} → \hspace{0.5cm} (x+1)\)
Sowohl die Funktionsgleichung, als auch der Linearfaktor sind Polynome. Im nächsten Schritt dividieren wir, die Funktionsgleichung (1. Polynom) durch den Linearfaktor (2. Polynom) - wir führen eine Polynomdivision aus:
\(({\textcolor{green}{5x^3}} +7x^2 -x -3):({\textcolor{orangered}{x}}+1)=\)
Wir dividieren \({\textcolor{green}{5x^3}}\) durch \({\textcolor{orangered}{x}}\), und multiplizieren dann mit dem Linearfaktor zurück:
\({\textcolor{green}{5x^3}}:{\textcolor{orangered}{x}}={\textcolor{orange}{5x^2}}\)
\({\textcolor{orange}{5x^2}} \cdot ({\textcolor{orangered}{x}}+1) = {\textcolor{midnightblue}{(5x^3+5x^2)}} \)
Jetzt fügen wir \({\textcolor{orange}{5x^2}}\) und \({\textcolor{midnightblue}{(5x^3+5x^2)}}\) in die Polynomdivision ein.
\(\phantom{-}({\textcolor{green}{5x^3}} +7x^2 -x -3):({\textcolor{orangered}{x}}+1)={\textcolor{orange}{5x^2}}\)
\(-{\textcolor{midnightblue}{(5x^3+5x^2)}}\)
Im nächsten Schritt subtrahieren wir \({\textcolor{midnightblue}{(5x^3+5x^2)}}\) von der Funktionsgleichung und ziehen den nächsten Term des Dividenden nach unten:
\(\phantom{-}(5x^3 +7x^2 -x -3):({\textcolor{orangered}{x}}+1)={\textcolor{orange}{5x^2}}\)
\(\underline{-{\textcolor{midnightblue}{(5x^3+5x^2)}}} \ \downarrow \)
\(\phantom{-(5x^3-)}{\textcolor{green}{2x^2}}-x\)
Die Polynomdivision wird weiter fortgesetzt: \({\textcolor{green}{grün}}:{\textcolor{orangered}{rot}}={\textcolor{orange}{gelb}}\), dann mit dem Linearfaktor zu \({\textcolor{midnightblue}{blau}}\) zurück multiplizieren.
\({\textcolor{green}{2x^2}}:{\textcolor{orangered}{x}}={\textcolor{orange}{2x}}\)
\({\textcolor{orange}{2x}} \cdot ({\textcolor{orangered}{x}}+1) = {\textcolor{midnightblue}{(2x^2+2x)}} \)
Die Ergebnisse \({\textcolor{orange}{2x}}\) und \({\textcolor{midnightblue}{(2x^2+2x)}}\) fügen wir in unsere Rechnung ein, subtrahieren erneut und ziehen den nächsten Term aus der Funktionsgleichung wieder nach unten.
\(\phantom{-}({\textcolor{green}{5x^3}} +7x^2 -x -3):({\textcolor{orangered}{x}}+1)=5x^2{\textcolor{orange}{+2x}}\)
\(\underline{-{\textcolor{midnightblue}{(5x^3+5x^2)}}} \hspace{1cm} \downarrow \)
\(\phantom{-(5x^3-)}{\textcolor{green}{2x^2}}-x \hspace{0.5cm} \downarrow \)
\(\phantom{-5x^3.}\underline{-{\textcolor{midnightblue}{(2x^2+2x)}}} \hspace{0.26cm} \downarrow \)
\(\phantom{-(x^3-x^2)-}{\textcolor{green}{-3x}}-3\)
Wir bleiben unserem Schema treu und rechnen weiter: \({\textcolor{green}{grün}}:{\textcolor{orangered}{rot}}={\textcolor{orange}{gelb}}\), dann zu \({\textcolor{midnightblue}{blau}}\) zurück multiplizieren.
\({\textcolor{green}{3x}}:{\textcolor{orangered}{x}}={\textcolor{orange}{3}}\)
\({\textcolor{orange}{3}} \cdot ({\textcolor{orangered}{x}}+1) = {\textcolor{midnightblue}{(3x+3)}} \)
Jetzt fügen wir erneut alles in unsere Polynomdivision ein und subtrahieren:
\(\phantom{-}({\textcolor{green}{5x^3}} +7x^2 -x -3):({\textcolor{orangered}{x}}+1)=5x^2+2x{\textcolor{orange}{-3}}\)
\(\underline{-{\textcolor{midnightblue}{(5x^3+5x^2)}}}\)
\(\phantom{-(5x^3-)}{\textcolor{green}{2x^2}}-x\)
\(\phantom{-5x^3.}\underline{-{\textcolor{midnightblue}{(2x^2+2x)}}}\)
\(\phantom{-(x^3-x^2)-}{\textcolor{green}{-3x}}-3\)
\(\phantom{.(x^3-x^2..)}\underline{-{\textcolor{midnightblue}{(-3x-3)}}}\)
\(\phantom{(5x^3+7x^2-x-3.)}0\)
Wie du sieht, ist das Ergebnis der Subtraktion jetzt Null. Außerdem haben wir alle Terme der Funktionsgleichung einmal dividiert - die Polynomdivision ist damit abgeschlossen.

Durch die Polynomdivision haben wir die Funktionsgleichung vereinfacht: die erste Nullstelle wurde abgespalten, und es bleibt eine quadratische Funktion übrig:
\(5x^2+2x-3\)
Genauer gesagt, haben wir unser Polynom umgewandelt:
\(f(x)= 5x^3 +7x^2 -x -3 \hspace{0.3cm}\) \( → \hspace{0.3cm} f(x)=(5x^2+2x-3)(x+1)\)
Die restlichen Nullstellen lassen sich mit der Mitternachtsformel oder der pq-Formel bestimmen.
\(0={\textcolor{orangered}{5}}x^2{\textcolor{orange}{+2}}x{\textcolor{green}{-3}}\)
\({\textcolor{orangered}{a=5}} \hspace{0.5cm} {\textcolor{orange}{b=2}} \hspace{0.5cm} {\textcolor{green}{c=-3}}\)
\(x_{1,2} = \dfrac{-{\textcolor{orange}{b}} \pm \sqrt{{\textcolor{orange}{b}}^2 - 4\cdot{\textcolor{orangered}{a}}\cdot{\textcolor{green}{c}}}}{2\cdot{\textcolor{orangered}{a}}}\)
\(x_{1,2} = \dfrac{-{\textcolor{orange}{2}} \pm \sqrt{{\textcolor{orange}{2}}^2 - 4\cdot{\textcolor{orangered}{5}}\cdot({\textcolor{green}{-3}})}}{2\cdot{\textcolor{orangered}{5}}}\)
\(x_{1,2} = \dfrac{-2 \pm \sqrt{4+60}}{10}\)
\(x_{1,2} = \dfrac{-2 \pm \sqrt{64}}{4}\)
\(x_{1} = \dfrac{- 2 + \sqrt{64}}{10} \hspace{1cm} x_{2} = \dfrac{-2 - \sqrt{64}}{10}\)
\(x_1=0,6 \hspace{0.5cm} \textsf{und} \hspace{0.5cm} x_2=-1\)
Die daraus resultierenden Lösungen sind:
\(x_1=0,6 \hspace{0.5cm} und \hspace{0.5cm} x_2=-1\)
So ergeben sich insgesamt zwei Nullstellen:
\(N_1(0,6|0) \hspace{0.5cm} N_2(-1|0) \)
Ein kleiner Tipp
Nicht immer ist die erste Nullstelle gegeben. Doch du musst nicht blind auf die Suche gehen. Sind alle Zahlen im Polynom ganze Zahlen, ist erste Nullstelle immer ein ganzzahliger Teiler des Absolutgliedes.
Das Absolutglied ist das Glied ohne \(x\).
\(f(x) = x^3 - 2x^2 - 5x + {\textcolor{orange}{6}}\)
Mögliche Teiler:\(\ -3; -2; -1; 0; 1; 2; 3\)
Ausprobieren liefert \(x=1\) als erste Nullstelle

Wann brauche ich die Polynomdivision?

Wenn du wissen möchtest, ob du die Polynomdivision nutzen musst, betrachte deine Funktion nach folgenden Aspekten:
  1. Der höchste Exponent ist größer als 2
  2. Die Funktion hat keine wiederkehrenden Muster
Wir werden nun einige Beispiele betrachten um dir zu verdeutlichen wann du die Polynomdivision nutzen musst.
Beispiel 1
\(f(x)=2{\textcolor{blue}{x^2}}+3x^2-6\)
Die erste Funktion ist eine quadratische Funktion. Möchtest du ihre Nullstellen bestimmen kannst die die Mitternachtsformel, oder die pq-Formel nutzen.
Beispiel 2
\(f(x)=2{\textcolor{blue}{x^4}}+4x^2-6\)
Die zweite Beispielfunktion hat in ihrer Funktionsgelichung wiederkehrende Muster. Schau dir dazu diese umgeformte Version an, dann siehst du , dass das \(x^2\) wiederholt auftritt.
\(f(x) =2{\textcolor{blue}{(x^2)^2}}+4x^2-6\)
Für solche Funktionen verwenden wir nicht die Polynomdivision, wir nutzen Substitution. Wenn du mehr über diese Art von Funktionen wissen möchtest, schau dir gerne unseren Beitrag zur Substitution an.
Beispiel 3
\(f(x)=4{\textcolor{blue}{x^3}}+4x^2-6x-2\)
Der höchste Exponent der dieser Beispielfunktion ist größer als 2, es gibt außerdem keine wiederkehrenden Muster. In diesem Fall müssen wir die Polynomdivision anwenden.

Dadurch, dass alle Zahlen in der Funktion ganzzahlig sind, kommen wir durch ausprobieren schnell auf die erste Nullstelle \(x_0=1\) und so auf den Linearfaktor \( (x-1) \), durch den wir dividieren.
\( \phantom{-} (4x^3 + x^2 - 4x - 1) : (x - 1) = 4x^2 + 5x + 1 \)
\(\underline{-(4x^3 - 4x^2)}\)
\(\phantom{-x^3xx.x} 5x^2 - 4x\)
\(\phantom{-x^3.x} \underline{-(5x^2 - 5x)}\)
\(\phantom{-x^3xxx+xxx} x - 1\)
\(\phantom{-x^3xx+xx} \underline{-(x - 1)}\)
\(\phantom{-x^3x++xx++xx} 0\)

Asymptoten bestimmen mittels Polynomdivision

Die Asymptote einer Funktion ist die Linie, an die sich der Graph im Unendlichen annähert. Er wird sie niemals berühren oder schneiden. An der Asymptote kannst du ganz leicht das Verhalten im Unendlichen einer gebrochen rationalen Funktion ablesen.
Beispiel
  \( f(x)= \dfrac{{\textcolor{green}{2x^3-3x+1}}}{{\textcolor{orangered}{x+1}}}\)
In einigen Fällen nutzt du die Polynomdivision, um die Asymptote einer gebrochenrationalen Funktion zu bestimmen. Dabei gehst du wie folgt vor:
Merke
Zählerpolynom : Nennerpolynom =Asymptote + Rest
\({\textcolor{green}{(2x^3-3x+1)}} : {\textcolor{orangered}{(x+1)}} = \) \({\textcolor{orange}{2x^2-2x-1}}+{\textcolor{midnightblue}{\dfrac{2}{x+1}}} \)
Die vollständige Polynomdivision zu diesem Beispiel sieht so aus:

\(\phantom{-}{\textcolor{green}{(2x^3 - 3x + 1)}} : {\textcolor{orangered}{(x + 1)}} = {\textcolor{orange}{2x^2 - 2x - 1}} + R\)
\(\underline{-(2x^3 + 2x^2)}\)
\(\phantom{-2x^3.}-2x^2 - 3x\)
\(\phantom{-2.}\underline{-(-2x^2 - 2x)}\)
\(\phantom{-2x^3-3x+}-x + 1\)
\(\phantom{-2x^3-3x}\underline{-(-x + 1)}\)
\(\phantom{-2x^3-3x+1++}2\)

Somit lautet die Gleichung der Asymptote:
\(f_A(x)=2x^2-2x+1\)
An der Skizze der Funktion kannst du sehen, dass Asymptote und Funktion den gleichen Weg haben, wenn wir uns aus dem Bild hinaus, also in Richtung unendlich, bewegen.

Ein weiteres Beispiel

Schau dir einmal die folgende Funktion an:
Beispiel
\(f(x)= -3x^{\textcolor{orange}{2}} + x^{\textcolor{orange}{3}} +2\)
Bevor wir mit der Polynomdivision starten, müssen wir zunächst ein paar Kleinigkeiten ändern.
Der 1. Schritt ist, die Funktion absteigend nach Größe der Potenz zu sortieren. Das bedeutet:
Größter Exponent nach vorne, dann immer kleiner werdend:
\(f(x)= x^{\textcolor{orange}{3}} -3x^{\textcolor{orange}{2}} +2x^{\textcolor{orange}{0}}\)
Der 2. Schritt ist, die fehlenden Potenzen mit Nullen zu füllen. In unserer Funktion fehlt nur das \(x\).
\(f(x)= x^3 - 3x^2 +{\textcolor{orangered}{0x}} +2\)
Jetzt ist alles vorbereitet, und wir beginnen mit der Polynomdivision durch \((x-1)\). Für diese Rechnung haben wir dir den Linearfaktor, durch den du dividieren musst, vorgegeben.
\( \phantom{-} (x^3 - 3x^2 + 0x + 2) : (x - 1) = x^2 - 2x - 2 \)
\(\underline{-(x^3 - x^2)}\)
\(\phantom{-x..} -2x^2 + 0x\)
\(\phantom{-.} \underline{-(-2x^2 + 2x)}\)
\(\phantom{-x^3+++} -2x + 2\)
\(\phantom{-x^3++} \underline{-(-2x + 2)}\)
\(\phantom{-x^3+++++...} 0\)

Zusammenfassung

Die Polynomdivision ist ein Rechenverfahren, mit dem man ein Polynom durch ein anderes teilt – ähnlich wie bei der schriftlichen Division, nur mit Variablen und Potenzen.

In deiner Schulzeit wirst du die Polynomdivision vor allem in zwei Fällen anwenden:
  • Um Nullstellen höherer Polynome zu berechnen
  • Um die Asymptote einer gebrochen rationalen Funktion zu bestimmen
Merke
  • Ordne die Terme nach absteigender Potenz.
  • Ergänze fehlende Glieder mit Nullen (z. B. \( 0x^2 \)).
  • Teile den vordersten Term des Dividenden durch den vordersten Term des Divisors.
  • Multipliziere das Ergebnis mit dem Divisor und subtrahiere.
  • Ziehe den nächsten Term nach unten und wiederhole.
Beispiel

\(f(x) = x^3 + 2x^2 - x - 2\)

Geteilt durch \( (x + 1) \)

Ergebnis: \((x^2 + x - 2)(x + 1)\)

Tipps
  • Schreibe sauber untereinander.
  • Sei besonders aufmerksam beim Subtrahieren!
  • Notiere am Ende Quotient (und ggf. Rest) vollständig.
Checkliste







Teste dein Wissen

Übungen

Vereinfache die Funktion

\( f(x) = x^3 + 2x^2 - 3x - 6 \)
Linearfaktor: \( \quad (x + 3) \)

Lösung

\( f(x) = (x + 3)(x^2 - x - 2) \)

Gegeben ist die Nullstelle \( x = 2 \). Vereinfache die Funktion:

\( f(x) = x^3 - 4x + 4 \)

Lösung

\( f(x) = (x - 2)(x^2 + 2x - 2) \)

Bestimme alle Nullstellen der Funktion

\( f(x) = 3x^3 + 6x^2 - 9x \)

Lösung

\( f(x) = (x + 3)(3x^2 - 3x) \)
\( x_1 = -3, \quad x_2 = 0, \quad x_3 = 1 \)

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Mehr dazu

in unseren FAQs

Was ist die Polynomdivision überhaupt?

Die Polynomdivision ist ein Rechenverfahren, mit dem man ein Polynom durch ein anderes teilt. Es funktioniert ähnlich wie die schriftliche Division mit Zahlen – nur eben mit Variablen.

Wofür braucht man die Polynomdivision?

Sie wird häufig verwendet, um Nullstellen zu finden oder eine Funktion zu vereinfachen – vor allem dann, wenn man bereits eine Nullstelle kennt.

Was muss ich vor der Polynomdivision wissen?

Du solltest wissen, wie man mit Potenzen und Vorzeichen umgeht, Terme sortiert und einfache Divisionen mit Variablen durchführt. Außerdem ist es hilfreich, wenn du die Nullstellenbestimmung schon kennst.

Wie erkenne ich, ob ich eine Polynomdivision machen muss?

Immer dann, wenn du ein Polynom durch einen linearen Term teilen sollst – zum Beispiel, weil du schon eine Nullstelle kennst – ist die Polynomdivision das passende Werkzeug.

Was mache ich, wenn ein Glied im Polynom fehlt?

Dann ergänzt du es mit einer Null. Das hilft dir, die Terme richtig untereinander zu schreiben und keinen Rechenschritt zu vergessen.

Vertiefung

Weiterführende Informationen

Die Polynomdivision als Werkzeug der Mathematik

Die Polynomdivision ist ein zentrales Werkzeug der Algebra und spielt eine wichtige Rolle im Mathematikunterricht. Sie hilft dir dabei, ein Polynom durch ein anderes zu teilen – ganz ähnlich wie bei der schriftlichen Division. Besonders oft wird die Polynomdivision eingesetzt, wenn du bereits eine Nullstelle kennst und die Funktion vereinfachen möchtest. Sie ermöglicht es dir, komplexe Funktionen schrittweise zu zerlegen und so leichter zu analysieren. Die Polynomdivision ist nicht nur theoretisch bedeutsam, sondern auch praktisch in vielen Aufgaben rund um Nullstellen, Gleichungen und Funktionsanalyse anwendbar.

Was ist die Polynomdivision?

Die Polynomdivision ist ein Verfahren, mit dem man ein Polynom durch ein anderes – meist lineares – Polynom teilt. Ziel ist es, den Quotienten und gegebenenfalls einen Rest zu bestimmen. Besonders nützlich ist die Polynomdivision, wenn du eine ganzrationale Funktion vereinfachen oder in faktorisierter Form darstellen willst. Sie hilft dir dabei, Nullstellen zu berechnen und die Funktion übersichtlicher zu machen. Oft ist die Polynomdivision der erste Schritt auf dem Weg zur vollständigen Kurvendiskussion.

Die mathematische Vorgehensweise

Die Polynomdivision funktioniert ähnlich wie die schriftliche Division mit Zahlen: Du teilst den vordersten Term des Polynoms durch den vordersten Term des Divisors. Das Ergebnis multiplizierst du mit dem gesamten Divisor, subtrahierst und ziehst den nächsten Term herunter. Diesen Ablauf wiederholst du, bis alle Terme verarbeitet sind. Am Ende erhältst du einen Quotienten und eventuell einen Rest. Die Polynomdivision ist besonders dann hilfreich, wenn du die Funktion in Linearfaktoren zerlegen möchtest.

Häufige Fehler vermeiden

Ein häufiger Fehler bei der Polynomdivision ist das Übersehen fehlender Glieder. Wenn ein Term wie zum Beispiel  x^2  fehlt, musst du diesen mit einer Null ergänzen, um korrekt rechnen zu können. Auch beim Subtrahieren schleichen sich gerne Vorzeichenfehler ein. Wichtig ist, dass du die Terme sauber untereinander schreibst und jeden Rechenschritt kontrollierst. Mit etwas Übung wird dir die Polynomdivision bald leicht von der Hand gehen.

Tipps für effektives Lernen

Um die Polynomdivision sicher zu beherrschen, empfiehlt es sich, mit einfachen Beispielen zu starten. Achte darauf, dass du die Terme der Funktion richtig sortierst und keine Glieder vergisst. Wiederhole die Schritte regelmäßig und verwende visuelle Hilfsmittel wie farbige Markierungen oder Zwischenüberschriften. Auch das Arbeiten mit konkreten Nullstellen macht es leichter, die Polynomdivision zu verstehen. Wenn du den Ablauf einmal verinnerlicht hast, wird dir das Verfahren in vielen Mathematikaufgaben weiterhelfen.

Die Polynomdivision im Mathematikunterricht

Die Polynomdivision ist ein fester Bestandteil vieler Lehrpläne und bildet die Grundlage für viele weitere Rechentechniken. Sie verbindet grundlegendes algebraisches Verständnis mit strategischem Vorgehen. Wer die Polynomdivision beherrscht, ist in der Lage, komplexere Funktionen zu analysieren, Nullstellen zu bestimmen und Gleichungen gezielt zu lösen. Deshalb lohnt es sich, dieses Verfahren gründlich zu lernen und regelmäßig anzuwenden.