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Stellen Sie aus rund 22.000 Matheaufgaben von der 3. bis zur 13. Klasse Ihre eigenen Arbeitsblätter zusammen. Alle Aufgaben enthalten Lösungsschritte.

Geradengleichung aufstellen

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4100758
Der Graph einer linearen Funktion verläuft durch die Punkte \(A(-1 | -2)\) und \(B(3 | 4)\). Die entsprechende Funktionsgleichung ist a) \(y = x + 1\) b) \(y = 2x - 2\) c) \(y = 4x + 2\) d) \(y = 1{,}5x - 0{,}5\)

Denkanstöße

- Wie berechnest du die Steigung einer Geraden, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Wenn du die Steigung kennst, wie kannst du dann den y-Achsenabschnitt mithilfe eines der Punkte finden? - Könntest du die Punkte auch einfach in die vorgegebenen Antwortmöglichkeiten einsetzen, um sie zu überprüfen?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \frac{4 - (-2)}{3 - (-1)} = \frac{6}{4} = 1{,}5\). 2. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts \(c\) durch Einsetzen eines Punktes (z. B. \(B\)) in \(y = mx + c\): \(4 = 1{,}5 \cdot 3 + c \Rightarrow 4 = 4{,}5 + c \Rightarrow c = -0{,}5\). 3. Zusammensetzen der Funktionsgleichung: \(y = 1{,}5x - 0{,}5\).

Antwort

d) \(y = 1{,}5x - 0{,}5\)
4128958
Lineare Funktionen haben die allgemeine Form \(f(x) = mx + c\). a) Bestimme die Funktionsgleichung einer Geraden, die die y-Achse bei \(-3\) schneidet und ihre Nullstelle bei \(x = 6\) hat. b) Eine Gerade soll keine Nullstelle besitzen und durch den Punkt \(P(2|5)\) verlaufen. Gib die zugehörige Funktionsgleichung an und begründe deine Entscheidung mithilfe der Steigung \(m\).

Denkanstöße

- Welche Information liefert der Schnittpunkt mit der y-Achse für den Wert von \(c\)? - Was bedeutet es für den Graphen einer Funktion, wenn sie keine Nullstelle hat? Wie muss sie im Koordinatensystem liegen? - Wie lautet die Koordinatenform eines Punktes, der eine Nullstelle beschreibt?

Lösung

1. Aufstellen der Gleichung für Teil a): Aus dem y-Achsenabschnitt folgt \(c = -3\). Einsetzen der Nullstelle \((6|0)\) in \(0 = m \cdot 6 - 3\) ergibt \(6m = 3\), also \(m = 0{,}5\). Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = 0{,}5x - 3\). 2. Analyse für Teil b): Damit eine lineare Funktion keine Nullstelle hat, muss sie parallel zur x-Achse verlaufen (waagerechte Gerade), was eine Steigung von \(m = 0\) voraussetzt (und \(c \neq 0\)). 3. Bestimmung der Gleichung für b): Da die Gerade durch \(P(2|5)\) verläuft und \(m = 0\) ist, muss der Funktionswert für alle \(x\) gleich \(5\) sein. Die Gleichung lautet \(f(x) = 5\).

Antwort

a) \(f(x) = 0{,}5x - 3\) b) \(f(x) = 5\). Begründung: Damit keine Nullstelle existiert, muss die Gerade parallel zur x-Achse verlaufen, also gilt \(m = 0\). Da der Punkt \(P(2|5)\) auf der Geraden liegt, muss der y-Wert überall \(5\) sein.
4129168
Bestimme die Funktionsgleichung einer linearen Funktion \(f\). Der Graph von \(f\) schneidet die \(y\)-Achse im Punkt \(S_y(0|4)\) und die \(x\)-Achse im Punkt \(S_x(-2|0)\).

Denkanstöße

- Welchen Teil der Funktionsgleichung \(y = mx + c\) kannst du direkt aus dem Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse ablesen? - Was weißt du über den Funktionswert (den \(y\)-Wert) an einer Nullstelle? - Wie kannst du die Koordinaten eines bekannten Punktes nutzen, um eine unbekannte Steigung zu berechnen?

Lösung

1. Aus dem Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse \(S_y(0|4)\) folgt direkt der \(y\)-Achsenabschnitt \(c = 4\). 2. Damit ergibt sich der Ansatz \(f(x) = mx + 4\). 3. Da der Graph die \(x\)-Achse bei \(x = -2\) schneidet (Nullstelle), muss \(f(-2) = 0\) gelten. 4. Einsetzen des Punktes in die Gleichung: \(0 = m(-2) + 4\). 5. Auflösen nach \(m\): \(2m = 4 \Rightarrow m = 2\). 6. Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = 2x + 4\).

Antwort

\(f(x) = 2x + 4\)
4129528
Eine lineare Funktion \( f \) hat den y-Achsenabschnitt \( -3 \). Um den Graphen zu zeichnen, nutzt man ein Steigungsdreieck: Man startet beim Schnittpunkt mit der y-Achse, geht \( 4 \) Einheiten nach rechts und \( 3 \) Einheiten nach unten. Bestimme die Funktionsgleichung von \( f \).

Denkanstöße

- Was bedeutet „nach unten“ für das Vorzeichen der vertikalen Änderung? - Wie hängen die Schritte im Steigungsdreieck mit der Steigung \( m \) zusammen? - Aus welchen zwei festen Bestandteilen setzt sich eine lineare Funktionsgleichung zusammen?

Lösung

1. Den y-Achsenabschnitt direkt aus dem Text ablesen: \( b = -3 \). 2. Die Steigung \( m \) aus den Angaben des Steigungsdreiecks bestimmen: Die horizontale Änderung ist \( \Delta x = 4 \), die vertikale Änderung ist \( \Delta y = -3 \) (da es nach unten geht). 3. Die Steigung berechnen: \( m = \frac{\Delta y}{\Delta x} = \frac{-3}{4} = -0{,}75 \). 4. Die Werte in die allgemeine Form \( f(x) = mx + b \) einsetzen: \( f(x) = -0{,}75x - 3 \).

Antwort

\( f(x) = -0{,}75x - 3 \) (oder \( f(x) = -\frac{3}{4}x - 3 \))
4129678
Gegeben ist ein Punkt \(S(0 \mid 5)\) auf der \(y\)-Achse. a) Notiere drei verschiedene Funktionsgleichungen der Form \(y = mx + t\), deren Graphen alle durch den Punkt \(S\) verlaufen. b) Bestimme die Steigung \(m\) der Geraden, die durch \(S\) und zusätzlich durch den Punkt \(Q(4 \mid 2)\) verläuft.

Denkanstöße

- Was sagt die Koordinate eines Punktes auf der \(y\)-Achse über die Funktionsgleichung aus? - Wie viele Punkte benötigst du mindestens, um die Steigung einer Geraden eindeutig zu bestimmen? - Erinnere dich an die allgemeine Form der Geradengleichung und die Bedeutung ihrer Parameter. - Setze die Koordinaten des zweiten Punktes in die Geradengleichung ein.

Lösung

1. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts: Da alle Geraden durch \(S(0 \mid 5)\) verlaufen, muss der Parameter \(t = 5\) sein. 2. Beispiele für Teilaufgabe a): Durch Einsetzen beliebiger Werte für \(m\), zum Beispiel \(m = 1\), \(m = 2\) und \(m = -1\), ergeben sich die Gleichungen \(y = x + 5\), \(y = 2x + 5\) und \(y = -x + 5\). 3. Für Teilaufgabe b) werden die Koordinaten von \(Q(4 \mid 2)\) in \(y = mx + 5\) eingesetzt. 4. Lösen der Gleichung: \(2 = 4m + 5 \implies -3 = 4m \implies m = -0{,}75\).

Antwort

a) Mögliche Lösungen sind \(y = x + 5\), \(y = 2x + 5\) und \(y = -x + 5\). b) Die Steigung der Geraden durch \(S\) und \(Q\) beträgt \(m = -0{,}75\).
4129708
Ein kleiner Gartenpool wird mit Wasser befüllt. Zu Beginn befinden sich bereits \(120\,\text{l}\) Wasser im Becken. Ein Gartenschlauch liefert konstant \(15\,\text{l}\) Wasser pro Minute. a) Stelle die Funktionsgleichung für das Volumen \(V\) (in Litern) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in Minuten) auf. b) Berechne, wie viel Wasser sich nach \(20\,\text{min}\) im Pool befindet. c) Nach welcher Zeit sind \(600\,\text{l}\) Wasser im Pool erreicht?

Denkanstöße

- Welcher Wert beschreibt den Zustand ganz am Anfang? - Wie verändert sich die Wassermenge mit jeder vergehenden Minute? - Überlege, ob du für den gesuchten Wert eine Variable in deine Formel einsetzen oder die Formel nach einer Variablen auflösen musst.

Lösung

1. Aufstellen der Funktionsgleichung: Der Anfangswert (y-Achsenabschnitt) ist \(b = 120\). Die Änderungsrate (Steigung) beträgt \(m = 15\). Die Gleichung lautet \(V(t) = 15t + 120\). 2. Berechnung für \(t = 20\): Einsetzen in die Gleichung: \(V(20) = 15 \cdot 20 + 120 = 300 + 120 = 420\). Nach \(20\,\text{min}\) sind \(420\,\text{l}\) im Pool. 3. Berechnung der Zeit für \(V = 600\): Gleichung aufstellen: \(600 = 15t + 120\). Subtraktion von \(120\) ergibt \(480 = 15t\). Division durch \(15\) ergibt \(t = 32\). Nach \(32\,\text{min}\) sind \(600\,\text{l}\) erreicht.

Antwort

a) \(V(t) = 15t + 120\) b) Nach \(20\,\text{min}\) befinden sich \(420\,\text{l}\) im Pool. c) Nach \(32\,\text{min}\) sind \(600\,\text{l}\) erreicht.
4129948
Bestimme rechnerisch die Funktionsgleichung der Geraden, die durch die Punkte \(A(-2 \mid -5)\) und \(B(3 \mid 5)\) verläuft.

Denkanstöße

- Welche allgemeine Form hat eine lineare Funktionsgleichung? - Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte gegeben sind? - Wie kannst du einen der Punkte nutzen, um den fehlenden Teil der Gleichung zu finden?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \frac{5 - (-5)}{3 - (-2)} = \frac{10}{5} = 2\). 2. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(b\) durch Einsetzen von \(B(3 \mid 5)\) in \(y = mx + b\): \(5 = 2 \cdot 3 + b \Rightarrow 5 = 6 + b \Rightarrow b = -1\). 3. Aufstellen der Geradengleichung: \(y = 2x - 1\).

Antwort

\(y = 2x - 1\)
4129978
Die Gerade \(f\) verläuft durch die Punkte \(A(-4|1)\) und \(B(2|4)\). Bestimme die Funktionsgleichung einer Geraden \(g\), die parallel zu \(f\) verläuft und durch den Punkt \(P(2|-2)\) geht.

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Steigung zweier Geraden, wenn diese parallel zueinander liegen? - Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte einer Geraden bekannt sind? - Welche Form hat eine lineare Funktionsgleichung im Allgemeinen? - Wie kannst du einen gegebenen Punkt nutzen, um den fehlenden Teil der Gleichung zu bestimmen?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) der Geraden \(f\) mithilfe der Punkte \(A\) und \(B\): \(m = \frac{4 - 1}{2 - (-4)} = \frac{3}{6} = 0{,}5\). 2. Da die Gerade \(g\) parallel zu \(f\) ist, besitzt sie dieselbe Steigung \(m = 0{,}5\). 3. Einsetzen der Steigung und der Koordinaten von \(P(2|-2)\) in die allgemeine Form \(y = mx + b\): \(-2 = 0{,}5 \cdot 2 + b\). 4. Berechnung des \(y\)-Achsenabschnitts: \(-2 = 1 + b \implies b = -3\). 5. Aufstellen der Funktionsgleichung für \(g\): \(y = 0{,}5x - 3\).

Antwort

\(y = 0{,}5x - 3\)
4130008
Eine Gerade \(g\) verläuft parallel zur Geraden \(h\) mit der Funktionsgleichung \(y = -2x + 7\). Außerdem geht der Graph von \(g\) durch den Punkt \(P(3 | 4)\). Bestimme die Funktionsgleichung der Geraden \(g\).

Denkanstöße

- Was weißt du über die Steigung von Geraden, die parallel zueinander verlaufen? - Welche Form hat eine lineare Funktionsgleichung im Allgemeinen? - Wie kannst du einen gegebenen Punkt nutzen, um den fehlenden Teil der Gleichung zu berechnen?

Lösung

1. Da die Gerade \(g\) parallel zu \(h\) verläuft, übernimmt sie deren Steigung: \(m = -2\). 2. Einsetzen der Steigung \(m\) und der Koordinaten des Punktes \(P(3 | 4)\) in die allgemeine Geradengleichung \(y = mx + b\): \(4 = -2 \cdot 3 + b\). 3. Berechnen des y-Achsenabschnitts \(b\): \(4 = -6 + b \Rightarrow b = 10\). 4. Aufstellen der fertigen Funktionsgleichung: \(y = -2x + 10\).

Antwort

\(y = -2x + 10\)
4130068
Gegeben ist eine Wertetabelle, die zu einer linearen Funktion \(f\) gehört. <table> <tbody> <tr><td>\(x\)</td><td>\(-2\)</td><td>\(0\)</td><td>\(3\)</td></tr> <tr><td>\(f(x)\)</td><td>\(-7\)</td><td>\(-3\)</td><td>?</td></tr> </tbody> </table> a) Bestimme die Funktionsgleichung von \(f\) und berechne den fehlenden Wert für \(x = 3\). b) Überprüfe rechnerisch, ob der Punkt \(P(10 \mid 17)\) auf dem Graphen der Funktion liegt.

Denkanstöße

- Welchen Wert hat die Funktion an der Stelle \(x = 0\)? Was sagt dir das über den y-Achsenabschnitt? - Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Um zu prüfen, ob ein Punkt auf einer Geraden liegt, kannst du seine Koordinaten in die Funktionsgleichung einsetzen.

Lösung

1. Bestimmung des y-Achsenabschnitts: Aus der Tabelle folgt für \(x = 0\) der Wert \(f(0) = -3\), also \(n = -3\). 2. Berechnung der Steigung \(m\): Mit den Punkten \((-2 \mid -7)\) und \((0 \mid -3)\) ergibt sich \(m = \frac{-3 - (-7)}{0 - (-2)} = \frac{4}{2} = 2\). Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = 2x - 3\). 3. Berechnung des fehlenden Wertes: \(f(3) = 2 \cdot 3 - 3 = 3\). 4. Punktprobe für \(P(10 \mid 17)\): Einsetzen von \(x = 10\) in die Gleichung ergibt \(f(10) = 2 \cdot 10 - 3 = 17\). Da dies dem y-Wert des Punktes entspricht, liegt \(P\) auf dem Graphen.

Antwort

a) Die Funktionsgleichung ist \(f(x) = 2x - 3\). Der fehlende Wert ist \(f(3) = 3\). b) Ja, der Punkt \(P(10 \mid 17)\) liegt auf dem Graphen, da \(2 \cdot 10 - 3 = 17\) eine wahre Aussage ist.
4130098
Eine Gerade verläuft durch die Punkte \(A(-1 \mid 7)\) und \(B(2 \mid -2)\). a) Bestimme die Funktionsgleichung der Form \(y = mx + n\). b) Ein weiterer Punkt \(C(x \mid -11)\) liegt ebenfalls auf dieser Geraden. Berechne die fehlende Koordinate \(x\).

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung zwischen zwei Punkten? - Welche Werte musst du in die allgemeine Geradengleichung einsetzen, um den \(y\)-Achsenabschnitt zu finden? - Wenn ein Punkt auf einer Geraden liegt, müssen seine Koordinaten die Gleichung erfüllen.

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A} = \frac{-2 - 7}{2 - (-1)} = \frac{-9}{3} = -3\). 2. Berechnung des \(y\)-Achsenabschnitts \(n\): Einsetzen von \(B(2 \mid -2)\) in \(y = -3x + n\) ergibt \(-2 = -3 \cdot 2 + n \Rightarrow -2 = -6 + n \Rightarrow n = 4\). Die Gleichung lautet \(y = -3x + 4\). 3. Berechnung der Koordinate \(x\) für Punkt \(C\): Einsetzen von \(y = -11\) in die Gleichung ergibt \(-11 = -3x + 4 \Rightarrow -15 = -3x \Rightarrow x = 5\).

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(y = -3x + 4\). b) Die fehlende Koordinate ist \(x = 5\).
4130218
Eine Kerze brennt gleichmäßig ab. Zwei Stunden nach dem Anzünden ist sie noch \(15\,\text{cm}\) hoch. Nach insgesamt fünf Stunden beträgt ihre Höhe nur noch \(9\,\text{cm}\). 1. Bestimme die Funktionsgleichung der Funktion \(f: \text{Zeit (in h)} \to \text{Höhe (in cm)}\). 2. Wie hoch war die Kerze zu Beginn? 3. Nach wie vielen Stunden ist die Kerze vollständig abgebrannt? 4. In welchem Bereich für die Zeit \(x\) ist diese Funktion im Sachkontext sinnvoll?

Denkanstöße

- Welche Informationen aus dem Text kannst du als Punkte in einem Koordinatensystem darstellen? - Wie berechnet man die Steigung einer Geraden, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Was bedeutet der Wert der Funktion an der Stelle Null für die Kerze? - Wann ist eine Kerze „abgebrannt“ – welchen Wert hat dann die Höhe?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) mit den Punkten \(P_1(2|15)\) und \(P_2(5|9)\): \(m = \frac{9 - 15}{5 - 2} = \frac{-6}{3} = -2\). Die Kerze verliert \(2\,\text{cm}\) pro Stunde. 2. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts \(b\): \(15 = -2 \cdot 2 + b \implies b = 19\). Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = -2x + 19\). 3. Die Anfangshöhe entspricht \(f(0) = 19\,\text{cm}\). 4. Berechnung der Nullstelle für das vollständige Abbrennen: \(0 = -2x + 19 \implies 2x = 19 \implies x = 9{,}5\). Die Kerze ist nach \(9{,}5\,\text{Stunden}\) abgebrannt. 5. Der Definitionsbereich im Sachkontext ist \(0 \le x \le 9{,}5\), da die Zeit nicht negativ sein kann und die Höhe nicht unter \(0\,\text{cm}\) sinkt.

Antwort

1. \(f(x) = -2x + 19\) 2. \(19\,\text{cm}\) 3. Nach \(9{,}5\,\text{Stunden}\) 4. Für \(x \in [0; 9{,}5]\)
4130308
Eine Regentonne enthält zu Beginn \(300\,\text{l}\) Wasser. Durch einen geöffneten Hahn fließt das Wasser gleichmäßig ab. Nach \(40\,\text{Minuten}\) befinden sich noch \(220\,\text{l}\) in der Tonne. a) Bestimme die Funktionsgleichung der linearen Funktion \(V(t)\), die die Wassermenge (in Litern) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in Minuten) beschreibt. b) Berechne, nach wie vielen Minuten die Tonne vollständig leer ist.

Denkanstöße

- Welcher Wert stellt den Startzustand zum Zeitpunkt Null dar? - Wie viel Wasser verliert die Tonne pro Minute? - Welchen Wert muss die Wassermenge annehmen, wenn die Tonne leer ist?

Lösung

1. Aufstellen der Funktionsgleichung \(V(t) = mt + b\): Der Anfangswert bei \(t = 0\) ist \(b = 300\). 2. Berechnung der Steigung \(m\) mit dem Wertepaar \((40|220)\): \(m = \frac{220 - 300}{40 - 0} = \frac{-80}{40} = -2\). Die Funktionsgleichung lautet \(V(t) = -2t + 300\). 3. Bestimmung des Zeitpunkts, an dem die Tonne leer ist: Setze \(V(t) = 0\). 4. Lösen der Gleichung: \(0 = -2t + 300 \Rightarrow 2t = 300 \Rightarrow t = 150\). Die Tonne ist nach \(150\,\text{Minuten}\) leer.

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(V(t) = -2t + 300\). b) Die Tonne ist nach \(150\,\text{Minuten}\) leer.
4130818
Der Graph einer linearen Funktion \(f\) hat die Steigung \(-2\) und verläuft durch den Punkt \(P(4|1)\). Bestimme den Wert für \(x\), an dem der Funktionswert \(11\) beträgt.

Denkanstöße

- Was weißt du über die allgemeine Form einer linearen Funktionsgleichung? - Wie kannst du einen gegebenen Punkt nutzen, um den fehlenden Teil der Gleichung zu finden? - Welchen Wert musst du für \(f(x)\) einsetzen, um die gesuchte Stelle zu finden?

Lösung

1. Aufstellen der allgemeinen Funktionsgleichung \(f(x) = mx + b\) mit der gegebenen Steigung \(m = -2\). 2. Einsetzen der Koordinaten des Punktes \(P(4|1)\) in die Gleichung \(1 = -2 \cdot 4 + b\), um den \(y\)-Achsenabschnitt zu berechnen: \(1 = -8 + b \Rightarrow b = 9\). 3. Die vollständige Funktionsgleichung lautet \(f(x) = -2x + 9\). 4. Gleichsetzen der Funktion mit dem Zielwert \(11\): \(11 = -2x + 9\). 5. Auflösen nach \(x\): \(2 = -2x \Rightarrow x = -1\).

Antwort

Der gesuchte Wert ist \(x = -1\).
4130878
Der Punkt \(P(4 \mid -2)\) liegt auf dem Graphen der linearen Funktion \(f\) mit der Funktionsgleichung \(f(x) = 0{,}5x + n\). Bestimme den Wert von \(n\) und gib die Koordinaten der Schnittpunkte des Graphen mit der \(x\)-Achse und der \(y\)-Achse an.

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Gleichung, wenn ein Punkt auf einem Graphen liegt? - Wie findet man rechnerisch heraus, wo ein Graph die Achsen berührt oder schneidet? - Welche Koordinate ist an der Stelle bekannt, an der der Graph die \(y\)-Achse schneidet?

Lösung

1. Einsetzen der Koordinaten von \(P(4 \mid -2)\) in die Funktionsgleichung: \(-2 = 0{,}5 \cdot 4 + n\). 2. Berechnung von \(n\): \(-2 = 2 + n \implies n = -4\). Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = 0{,}5x - 4\). 3. Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse: \(f(0) = -4\), also \(S_y(0 \mid -4)\). 4. Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse (Nullstelle): \(0 = 0{,}5x - 4 \implies 0{,}5x = 4 \implies x = 8\), also \(S_x(8 \mid 0)\).

Antwort

Der Wert für \(n\) ist \(-4\). Die Schnittpunkte sind \(S_y(0 \mid -4)\) und \(S_x(8 \mid 0)\).
4130968
Ein Tablet-Akku wird geladen. Zu Beginn des Ladevorgangs zeigt die Anzeige einen Ladestand von \(10\,\%\). Nach \(24\,\text{Minuten}\) ist der Ladestand gleichmäßig auf \(40\,\%\) gestiegen. a) Bestimme eine Funktionsgleichung, die den Ladestand \(y\) (in \(\,\%\)) in Abhängigkeit von der Ladezeit \(x\) (in Minuten) beschreibt. b) Berechne, nach wie vielen Minuten der Akku vollständig (\(100\,\%\)) geladen ist, wenn man davon ausgeht, dass die Ladegeschwindigkeit konstant bleibt. c) Skizziere den Graphen der Funktion in ein passendes Koordinatensystem.

Denkanstöße

- Welcher Wert stellt den Startzustand zum Zeitpunkt Null dar? - Wie viel Prozent kommen pro Minute hinzu? - Welchen Wert muss die Variable für den Ladestand annehmen, wenn der Akku voll ist? - Überlege dir für die Skizze eine sinnvolle Einteilung der Achsen.

Lösung

1. Aufstellen der Funktionsgleichung \(y = mx + b\): Der Anfangswert bei \(x = 0\) ist \(10\,\%\), also \(b = 10\). 2. Berechnung der Steigung \(m\): In \(24\,\text{Minuten}\) steigt der Wert um \(40 - 10 = 30\) Prozentpunkte. Die Steigung ist \(m = \frac{30}{24} = 1{,}25\). Die Gleichung lautet \(y = 1{,}25x + 10\). 3. Berechnung der Zeit für die vollständige Ladung: Setze \(y = 100\) in die Gleichung ein: \(100 = 1{,}25x + 10\). 4. Lösen nach \(x\): \(90 = 1{,}25x \Rightarrow x = \frac{90}{1{,}25} = 72\). 5. Ergebnis: Der Akku ist nach \(72\,\text{Minuten}\) voll geladen. 6. Graph: Im sinnvollen Modellbereich \(0\le x\le72\) ist der Graph die Gerade durch \((0|10)\), \((24|40)\) und \((72|100)\). Die \(x\)-Achse zeigt die Zeit in Minuten, die \(y\)-Achse den Ladestand in Prozent.

Antwort

a) \(y = 1{,}25x + 10\) b) Der Akku ist nach \(72\,\text{Minuten}\) voll geladen. c) Der Graph ist im Bereich \(0\le x\le72\) die Gerade durch \((0|10)\), \((24|40)\) und \((72|100)\).
4131628
Eine volle Regentonne enthält \(150\,\text{Liter}\) Wasser. Über einen Ablasshahn fließen pro Minute gleichmäßig \(5\,\text{Liter}\) Wasser ab. a) Stelle eine Funktionsgleichung auf, die das verbleibende Wasservolumen \(V\) (in \(\text{l}\)) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in \(\text{min}\)) beschreibt. b) Was bedeuten die Steigung und der \(y\)-Achsenabschnitt in diesem Sachzusammenhang? c) Berechne, wie viel Wasser nach \(12\,\text{Minuten}\) noch in der Tonne ist. d) Bestimme rechnerisch, nach wie vielen Minuten die Regentonne vollständig leer ist.

Denkanstöße

- Überlege dir, wie viel Wasser am Anfang in der Tonne ist. - Wie verändert sich die Menge jede Minute? - Welche mathematische Form hat eine gleichmäßige Abnahme? - Was bedeutet es für den Wert des Volumens, wenn die Tonne leer ist?

Lösung

1. Aufstellen der linearen Funktion mit Startwert \(150\) und Abnahmerate \(5\): \(V(t) = 150 - 5t\). 2. Interpretation: Der \(y\)-Achsenabschnitt \(150\) stellt das anfängliche Wasservolumen in Litern dar. Die Steigung \(-5\) gibt an, dass das Volumen pro Minute um \(5\,\text{Liter}\) abnimmt. 3. Berechnung für \(t = 12\): \(V(12) = 150 - 5 \cdot 12 = 150 - 60 = 90\). Das Restvolumen beträgt \(90\,\text{Liter}\). 4. Nullstelle berechnen: \(0 = 150 - 5t \Rightarrow 5t = 150 \Rightarrow t = 30\). Die Tonne ist nach \(30\,\text{Minuten}\) leer.

Antwort

a) \(V(t) = 150 - 5t\) b) Der \(y\)-Achsenabschnitt ist der Startwert (\(150\,\text{l}\)), die Steigung beträgt \(-5\,\text{l/min}\) und beschreibt die Abnahme durch den Abfluss. c) Nach \(12\,\text{Minuten}\) sind noch \(90\,\text{Liter}\) enthalten. d) Die Tonne ist nach \(30\,\text{Minuten}\) leer.
4131988
Bestimme für die folgenden Beschreibungen von Geraden jeweils die zugehörige Funktionsgleichung der Form \(f(x) = mx + c\): a) Die Gerade schneidet die \(y\)-Achse bei \(2\). Das Steigungsdreieck zeigt: Wenn man \(3\) Einheiten nach rechts geht, muss man \(1\) Einheit nach unten gehen. b) Die Gerade verläuft durch den Punkt \(P(0| -1{,}5)\). Geht man vom \(y\)-Achsenabschnitt aus \(1\) Einheit nach rechts, muss man \(2{,}5\) Einheiten nach oben gehen, um wieder auf der Geraden zu landen. c) Die Gerade ist eine Ursprungsgerade. Ihr Steigungsdreieck hat eine Breite von \(4\) Einheiten und eine Höhe von \(3\) Einheiten (steigend).

Denkanstöße

- Welcher Wert in der Gleichung \(f(x) = mx + c\) gibt an, wo die Gerade die vertikale Achse schneidet? - Wie berechnet man die Steigung \(m\), wenn man weiß, wie viele Einheiten man nach rechts und wie viele nach oben oder unten geht? - Was bedeutet der Begriff „Ursprungsgerade“ für den Wert von \(c\)? - Achte auf das Vorzeichen der Steigung: Geht es nach oben oder nach unten?

Lösung

1. Teilaufgabe a): Der \(y\)-Achsenabschnitt ist \(c = 2\). Die Steigung ergibt sich aus dem Verhältnis von vertikaler zu horizontaler Änderung: \(m = \frac{-1}{3} = -\frac{1}{3}\). Die Gleichung lautet \(f(x) = -\frac{1}{3}x + 2\). 2. Teilaufgabe b): Der Punkt \(P(0| -1{,}5)\) gibt den \(y\)-Achsenabschnitt \(c = -1{,}5\) an. Die Steigung ist \(m = \frac{2{,}5}{1} = 2{,}5\). Die Gleichung lautet \(f(x) = 2{,}5x - 1{,}5\). 3. Teilaufgabe c): Da es eine Ursprungsgerade ist, gilt \(c = 0\). Die Steigung berechnet sich zu \(m = \frac{3}{4} = 0{,}75\). Die Gleichung lautet \(f(x) = \frac{3}{4}x\) oder \(f(x) = 0{,}75x\).

Antwort

a) \(f(x) = -\frac{1}{3}x + 2\) b) \(f(x) = 2{,}5x - 1{,}5\) c) \(f(x) = \frac{3}{4}x\) (oder \(f(x) = 0{,}75x\))
4132108
Lukas besitzt eine Prepaid-Karte für sein Smartphone mit einem Startguthaben von \(20\,\text{€}\). Jede vertelefonierte Minute kostet ihn \(0{,}12\,\text{€}\). a) Stelle eine Funktionsgleichung auf, die das restliche Guthaben \(G\) (in \(\text{€}\)) in Abhängigkeit von der Telefonierzeit \(t\) (in Minuten) angibt. b) Berechne, wie viel Guthaben nach einer Telefonierzeit von \(45\) Minuten noch auf der Karte ist. c) Nach wie vielen Minuten sind genau noch \(5\,\text{€}\) auf der Karte? d) Begründe, ob es sich bei dieser Zuordnung um eine proportionale Funktion handelt.

Denkanstöße

- Überlege dir zuerst, welcher Wert fest vorgegeben ist und welcher Wert sich pro Minute ändert. - Was bedeutet „proportional“ für den Graphen oder die Gleichung einer Funktion? - Setze für die Teilaufgaben b) und c) die gegebenen Werte in deine Gleichung ein und löse nach der gesuchten Größe auf.

Lösung

1. Aufstellen der Funktionsgleichung: Das Startguthaben beträgt \(20\,\text{€}\), und pro Minute verringert es sich um \(0{,}12\,\text{€}\). Die Gleichung lautet \(G(t) = 20 - 0{,}12t\). 2. Berechnung für \(t = 45\): \(G(45) = 20 - 0{,}12 \cdot 45 = 20 - 5{,}4 = 14{,}6\). Das Restguthaben beträgt \(14{,}60\,\text{€}\). 3. Berechnung der Zeit für \(G = 5\): Setze \(5 = 20 - 0{,}12t\). Umformen ergibt \(0{,}12t = 15\), also \(t = \frac{15}{0{,}12} = 125\). Nach \(125\) Minuten sind noch \(5\,\text{€}\) vorhanden. 4. Prüfung auf Proportionalität: Eine proportionale Funktion hat die Form \(y = mx\) und geht durch den Ursprung \((0|0)\). Da der \(y\)-Achsenabschnitt hier \(20\) ist (bei \(t=0\) ist \(G=20\)), ist die Funktion nicht proportional.

Antwort

a) \(G(t) = 20 - 0{,}12t\) b) Das Restguthaben beträgt \(14{,}60\,\text{€}\). c) Nach \(125\) Minuten. d) Nein, die Funktion ist nicht proportional, da der Graph nicht durch den Koordinatenursprung verläuft (\(G(0) = 20 \neq 0\)).
4136938
Das Zahlenpaar \((3 | -1)\) ist eine Lösung einer linearen Gleichung mit den Variablen \(x\) und \(y\). a) Bestimme eine mögliche Gleichung der Form \(ax + by = 10\), wobei für \(a\) und \(b\) ganze Zahlen ungleich Null gewählt werden sollen. b) Gib zwei weitere Zahlenpaare an, die ebenfalls Lösungen deiner Gleichung aus Teil a) sind.

Denkanstöße

- Was passiert, wenn du die gegebenen Koordinaten für \(x\) und \(y\) in die Gleichung einsetzt? - Kannst du einen der Koeffizienten frei wählen, um den anderen zu berechnen? - Wie kannst du aus einer fertigen Gleichung neue Lösungen gewinnen?

Lösung

1. Einsetzen des Zahlenpaars \((x=3, y=-1)\) in die allgemeine Form \(ax + by = 10\) ergibt die Bedingung \(a \cdot 3 + b \cdot (-1) = 10\) bzw. \(3a - b = 10\). 2. Wahl eines ganzzahligen Wertes für \(a\), zum Beispiel \(a = 4\). 3. Berechnung des zugehörigen Wertes für \(b\): \(3 \cdot 4 - b = 10 \Rightarrow 12 - b = 10 \Rightarrow b = 2\). 4. Die resultierende Gleichung lautet \(4x + 2y = 10\). 5. Finden weiterer Lösungen durch Einsetzen beliebiger \(x\)-Werte in diese Gleichung: Für \(x = 0\) folgt \(2y = 10 \Rightarrow y = 5\). Lösung: \((0 | 5)\). Für \(x = 1\) folgt \(4 \cdot 1 + 2y = 10 \Rightarrow 2y = 6 \Rightarrow y = 3\). Lösung: \((1 | 3)\).

Antwort

a) Eine mögliche Gleichung ist \(4x + 2y = 10\). (Andere Lösungen wie \(3x - y = 10\) oder \(2x - 4y = 10\) sind ebenfalls möglich). b) Für die Gleichung \(4x + 2y = 10\) sind zum Beispiel \((0 | 5)\) und \((1 | 3)\) weitere Lösungen.
4137938
Ein Punkt \(P(x|y)\) im Koordinatensystem liegt auf einer Geraden, für die folgende Bedingung gilt: „Der \(y\)-Wert ist um \(4\) größer als das Doppelte des \(x\)-Wertes“. a) Stelle eine lineare Gleichung auf, die diesen Zusammenhang beschreibt. b) Überprüfe rechnerisch, ob die Punkte \(A(3|10)\) und \(B(-2|1)\) auf dieser Geraden liegen. c) Ein Punkt \(C\) auf der Geraden hat den \(y\)-Wert \(15\). Berechne den zugehörigen \(x\)-Wert.

Denkanstöße

- Übersetze den Text Schritt für Schritt in eine Formel: „Das Doppelte von \(x\)“ bedeutet \(2x\). - Um zu prüfen, ob ein Punkt auf einer Geraden liegt, setzt du seine Koordinaten für \(x\) und \(y\) in die Gleichung ein. - Wenn ein Wert gegeben ist, setze ihn an die richtige Stelle in der Gleichung und löse nach der gesuchten Variable auf.

Lösung

1. Aufstellen der Gleichung: Aus dem Text folgt direkt \(y = 2x + 4\). 2. Punktprobe für \(A(3|10)\): Einsetzen von \(x = 3\) ergibt \(y = 2 \cdot 3 + 4 = 10\). Da \(10 = 10\), liegt der Punkt \(A\) auf der Geraden. 3. Punktprobe für \(B(-2|1)\): Einsetzen von \(x = -2\) ergibt \(y = 2 \cdot (-2) + 4 = -4 + 4 = 0\). Da \(0 \neq 1\), liegt der Punkt \(B\) nicht auf der Geraden. 4. Berechnung des \(x\)-Wertes für \(C\): Setze \(y = 15\) in die Gleichung ein: \(15 = 2x + 4\). Subtraktion von \(4\) ergibt \(11 = 2x\). Division durch \(2\) ergibt \(x = 5{,}5\).

Antwort

a) \(y = 2x + 4\) b) Der Punkt \(A(3|10)\) liegt auf der Geraden; der Punkt \(B(-2|1)\) liegt nicht auf der Geraden. c) Der \(x\)-Wert des Punktes \(C\) ist \(5{,}5\).
4139608
Eine Gerade verläuft durch die Punkte \(A(4 \mid 5)\) und \(B(-2 \mid 2)\). a) Bestimme die Funktionsgleichung dieser Geraden in der Form \(f(x) = mx + b\). b) Berechne die Nullstelle der Funktion. c) Überprüfe rechnerisch, ob der Graph der Funktion durch den Koordinatenursprung verläuft.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung zwischen zwei gegebenen Punkten? - Wenn du die Steigung kennst, wie kannst du einen der Punkte nutzen, um den Achsenabschnitt zu finden? - Was bedeutet der Begriff „Nullstelle“ für den Funktionswert? - Welche Eigenschaft muss die Gleichung einer Ursprungsgerade haben?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \frac{2 - 5}{-2 - 4} = \frac{-3}{-6} = 0{,}5\). 2. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(b\): Einsetzen von \(A(4 \mid 5)\) in \(y = 0{,}5x + b\) ergibt \(5 = 0{,}5 \cdot 4 + b \Rightarrow 5 = 2 + b \Rightarrow b = 3\). Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = 0{,}5x + 3\). 3. Berechnung der Nullstelle: Setze \(f(x) = 0\). \(0 = 0{,}5x + 3 \Rightarrow -3 = 0{,}5x \Rightarrow x = -6\). Die Nullstelle liegt bei \(x = -6\). 4. Überprüfung des Ursprungs: Eine Gerade verläuft genau dann durch den Ursprung \((0 \mid 0)\), wenn der y-Achsenabschnitt \(b = 0\) ist. Da hier \(b = 3\) gilt, verläuft die Gerade nicht durch den Ursprung.

Antwort

a) \(f(x) = 0{,}5x + 3\) b) Die Nullstelle liegt bei \(x = -6\). c) Nein, da der y-Achsenabschnitt \(3 \neq 0\) ist.
4141438
Eine Gerade \(g\) hat die Steigung \(m = -0{,}75\) und verläuft durch den Punkt \(P(4|1)\). Berechne die Koordinaten der Schnittpunkte der Geraden mit den beiden Koordinatenachsen.

Denkanstöße

- Welche allgemeine Form hat eine lineare Funktionsgleichung? - Wie kannst du den fehlenden Parameter bestimmen, wenn ein Punkt und die Steigung bekannt sind? - Was weißt du über die x-Koordinate eines Punktes auf der y-Achse? - Was weißt du über die y-Koordinate eines Punktes auf der x-Achse?

Lösung

1. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(n\) durch Einsetzen von \(m\) und \(P\) in die Funktionsgleichung \(y = mx + n\): \(1 = -0{,}75 \cdot 4 + n \Rightarrow 1 = -3 + n \Rightarrow n = 4\). 2. Die Geradengleichung lautet \(y = -0{,}75x + 4\). 3. Schnittpunkt mit der y-Achse (\(x=0\)): \(y = 4\), also \(S_y(0|4)\). 4. Schnittpunkt mit der x-Achse (\(y=0\)): \(0 = -0{,}75x + 4 \Rightarrow 0{,}75x = 4 \Rightarrow x = \frac{4}{0{,}75} = \frac{4}{\frac{3}{4}} = \frac{16}{3}\). Der Schnittpunkt ist \(S_x(\frac{16}{3}|0)\) bzw. \(S_x(5{,}\bar{3}|0)\).

Antwort

Schnittpunkt mit der y-Achse: \(S_y(0|4)\) Schnittpunkt mit der x-Achse: \(S_x(\frac{16}{3}|0)\) oder \(S_x(5{,}\bar{3}|0)\)
4141468
Gegeben sind die zwei Punkte \(A(1 | 4)\) und \(B(3 | 10)\). a) Bestimme die Funktionsgleichung der linearen Funktion \(f\), deren Graph durch diese beiden Punkte verläuft. b) Gib die Steigung \(m\) der Geraden an. c) Beschreibe, wie sich der Verlauf des Graphen verändert, wenn die Steigung \(m\) halbiert wird, der y-Achsenabschnitt jedoch gleich bleibt.

Denkanstöße

- Wie berechnet man das Verhältnis der vertikalen zur horizontalen Änderung zwischen zwei Punkten? - Wenn du die Steigung kennst, wie kannst du einen der Punkte nutzen, um den Achsenabschnitt zu finden? - Was gibt die Steigung über die Steilheit einer Geraden an?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \frac{10 - 4}{3 - 1} = \frac{6}{2} = 3\). 2. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(t\): Einsetzen von \(A(1 | 4)\) in \(y = 3x + t\) ergibt \(4 = 3 \cdot 1 + t\), also \(t = 1\). 3. Funktionsgleichung: \(f(x) = 3x + 1\). 4. Steigung: \(m = 3\). 5. Veränderung bei Halbierung der Steigung: Die neue Steigung ist \(m_{neu} = 1{,}5\). Der Graph verläuft flacher, steigt aber weiterhin an.

Antwort

a) \(f(x) = 3x + 1\) b) \(m = 3\) c) Der Graph wird flacher (die Steigung nimmt ab).
4154818
Gegeben ist eine lineare Funktion \(f\) durch die folgende Wertetabelle: <table> <tr> <td>\(x\)</td> <td>\(-2\)</td> <td>\(1\)</td> </tr> <tr> <td>\(f(x)\)</td> <td>\(-5\)</td> <td>\(1\)</td> </tr> </table> a) Bestimme die Funktionsgleichung der Form \(f(x) = mx + b\). b) Berechne die Nullstelle der Funktion. c) Begründe, wie sich der Graph der Funktion verändert, wenn der Wert von \(b\) um \(3\) Einheiten vergrößert wird.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Welchen Wert hat die Funktion an der Stelle, an der sie die x-Achse schneidet? - Welche Rolle spielt der Parameter \(b\) für die Lage des Graphen im Koordinatensystem?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) mit der Formel \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}\): \(m = \frac{1 - (-5)}{1 - (-2)} = \frac{6}{3} = 2\). 2. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(b\) durch Einsetzen von \((1|1)\) in \(1 = 2 \cdot 1 + b\): \(b = 1 - 2 = -1\). Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = 2x - 1\). 3. Berechnung der Nullstelle durch Lösen von \(2x - 1 = 0\): \(2x = 1 \Rightarrow x = 0{,}5\). 4. Analyse der Veränderung von \(b\): Eine Vergrößerung von \(b\) um \(3\) bewirkt eine Parallelverschiebung des Graphen um \(3\) Einheiten nach oben entlang der y-Achse.

Antwort

a) \(f(x) = 2x - 1\) b) Die Nullstelle liegt bei \(x = 0{,}5\). c) Der Graph wird um \(3\) Einheiten parallel nach oben verschoben.
4241978
Eine Kerze ist zu Beginn \(20\,\text{cm}\) hoch. Sie brennt gleichmäßig ab, wobei ihre Höhe jede Stunde um \(2{,}5\,\text{cm}\) abnimmt. a) Stelle eine Funktionsgleichung auf, die die Höhe \(h\) (in \(\text{cm}\)) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in Stunden) beschreibt. b) Berechne, nach wie vielen Stunden die Kerze nur noch halb so groß ist wie zu Beginn. c) Bestimme rechnerisch den Zeitpunkt, an dem die Kerze vollständig abgebrannt ist.

Denkanstöße

- Was ist der Startwert in dieser Situation und wie verändert er sich pro Zeiteinheit? - Überlege dir, welches Vorzeichen die Steigung haben muss, wenn etwas weniger wird. - Welchen Wert muss die Höhe haben, wenn die Kerze „weg“ ist? - Kannst du eine Gleichung aufstellen, in der du die gesuchte Höhe einsetzt?

Lösung

1. Aufstellen der Funktionsgleichung: Die Anfangshöhe ist der \(y\)-Achsenabschnitt \(n = 20\). Die Abnahme pro Stunde entspricht der Steigung \(m = -2{,}5\). Somit ergibt sich \(h(t) = -2{,}5t + 20\). 2. Berechnung der halben Höhe: Die Anfangshöhe beträgt \(20\,\text{cm}\), die Hälfte ist \(10\,\text{cm}\). Setze \(h(t) = 10\): \(10 = -2{,}5t + 20\). Subtraktion von \(20\) ergibt \(-10 = -2{,}5t\). Division durch \(-2{,}5\) liefert \(t = 4\). Nach \(4\) Stunden ist die Kerze halb so groß. 3. Zeitpunkt des vollständigen Abbrennens: Setze die Höhe \(h(t) = 0\): \(0 = -2{,}5t + 20\). Umstellen ergibt \(2{,}5t = 20\). Division durch \(2{,}5\) führt zu \(t = 8\). Die Kerze ist nach \(8\) Stunden abgebrannt.

Antwort

a) \(h(t) = -2{,}5t + 20\) b) Nach \(4\) Stunden. c) Nach \(8\) Stunden.
4241998
Eine Tiefkühltruhe hat beim Einschalten eine Innentemperatur von \(22\,^\circ\text{C}\). Pro Stunde sinkt die Temperatur gleichmäßig um \(4\,^\circ\text{C}\). 1) Stelle eine Funktionsgleichung auf, die die Temperatur \(y\) (in \(^\circ\text{C}\)) in Abhängigkeit von der Zeit \(x\) (in Stunden) beschreibt. 2) Berechne die Temperatur nach \(5{,}5\) Stunden. 3) Bestimme rechnerisch, nach wie vielen Stunden die Zieltemperatur von \(-18\,^\circ\text{C}\) erreicht ist.

Denkanstöße

- Überlege dir, welcher Wert den Startzustand beschreibt und wie sich dieser Wert pro Stunde verändert. - Achte beim Aufstellen der Gleichung auf das Vorzeichen der Änderung. - Wenn du einen Zeitpunkt suchst, musst du die Gleichung nach der Zeitvariablen auflösen.

Lösung

1. Aufstellen der linearen Funktionsgleichung \(y = mx + b\) mit dem Anfangswert \(b = 22\) und der Änderungsrate \(m = -4\): \(y = -4x + 22\). 2. Einsetzen von \(x = 5{,}5\) in die Gleichung: \(y = -4 \cdot 5{,}5 + 22 = -22 + 22 = 0\). Die Temperatur nach \(5{,}5\) Stunden beträgt \(0\,^\circ\text{C}\). 3. Gleichsetzen der Funktion mit dem Zielwert \(-18\): \(-18 = -4x + 22\). 4. Umstellen der Gleichung nach \(x\): \(-40 = -4x \implies x = 10\). Die Zieltemperatur wird nach \(10\) Stunden erreicht.

Antwort

1) \(y = -4x + 22\) 2) \(0\,^\circ\text{C}\) 3) Nach \(10\) Stunden.
4242058
Gegeben ist die folgende lineare Gleichung mit zwei Variablen: \(3(x + 2y) - 5 = 4x + 7y - 2\) a) Forme die Gleichung so um, dass \(y\) explizit durch \(x\) ausgedrückt wird (Form \(y = mx + n\)). b) Bestimme zwei verschiedene Lösungspaare \((x|y)\) für diese Gleichung. c) Erläutere kurz, wie viele Lösungen eine solche Gleichung besitzt und warum das so ist.

Denkanstöße

- Könntest du die Gleichung zuerst vereinfachen, indem du die Klammern auflöst? - Was musst du tun, damit das \(y\) ganz alleine auf einer Seite der Gleichung steht? - Wie kannst du ein konkretes Zahlenpaar finden, wenn du die Form \(y = \dots\) schon hast? - Stell dir die Gleichung als Gerade im Koordinatensystem vor – wie viele Punkte liegen auf einer Geraden?

Lösung

1. Klammern auflösen: \(3x + 6y - 5 = 4x + 7y - 2\). 2. Alle Terme mit \(y\) auf eine Seite und den Rest auf die andere Seite bringen: \(6y - 7y = 4x - 3x - 2 + 5\). 3. Zusammenfassen: \(-y = x + 3\). 4. Nach \(y\) auflösen: \(y = -x - 3\). 5. Beispielhafte Lösungspaare durch Einsetzen von \(x\)-Werten finden: Für \(x = 0\) ergibt sich \(y = -3\), also \((0|-3)\). Für \(x = 1\) ergibt sich \(y = -4\), also \((1|-4)\). 6. Anzahl der Lösungen: Da für jede beliebige reelle Zahl \(x\) genau ein zugehöriges \(y\) berechnet werden kann, gibt es unendlich viele Lösungen. Grafisch entspricht dies allen Punkten auf einer Geraden.

Antwort

a) \(y = -x - 3\) b) Zum Beispiel \((0|-3)\) und \((1|-4)\). c) Die Gleichung hat unendlich viele Lösungen, da man für jeden beliebigen Wert von \(x\) einen passenden Wert für \(y\) berechnen kann (die Lösungen bilden eine Gerade).
4268498
Eine Regenwasserzisterne wird zur Bewässerung eines Gartens genutzt. Jeden Tag wird die gleiche Menge Wasser entnommen. Nach 5 Tagen befinden sich noch \(1200\,\text{l}\) in der Zisterne, nach 12 Tagen sind es nur noch \(850\,\text{l}\). a) Berechne, wie viel Liter Wasser täglich verbraucht werden. b) Bestimme die Wassermenge, die zu Beginn in der vollen Zisterne war. c) Nach wie vielen Tagen ist der gesamte Vorrat aufgebraucht?

Denkanstöße

- Wie viel Wasser wurde im Zeitraum zwischen den beiden Messungen insgesamt verbraucht? - Kannst du aus der Menge und der Anzahl der Tage den Verbrauch für einen einzelnen Tag bestimmen? - Wenn du weißt, wie viel pro Tag verbraucht wird, wie viel war dann vor dem fünften Tag in der Zisterne? - Wie oft passt der Tagesverbrauch in die gesamte Anfangsmenge hinein?

Lösung

1. Berechnung der Differenz der Wassermenge: \(1200\,\text{l} - 850\,\text{l} = 350\,\text{l}\). 2. Berechnung der vergangenen Zeit zwischen den Messungen: \(12\,\text{Tage} - 5\,\text{Tage} = 7\,\text{Tage}\). 3. Ermittlung des täglichen Verbrauchs: \(350\,\text{l} : 7\,\text{Tage} = 50\,\text{l/Tag}\). 4. Berechnung des Anfangsbestands durch Rückrechnung vom 5. Tag: \(1200\,\text{l} + 5\,\text{Tage} \cdot 50\,\text{l/Tag} = 1450\,\text{l}\). 5. Berechnung der Gesamtdauer bis zur Entleerung: \(1450\,\text{l} : 50\,\text{l/Tag} = 29\,\text{Tage}\).

Antwort

a) Es werden täglich \(50\,\text{l}\) verbraucht. b) Zu Beginn waren \(1450\,\text{l}\) in der Zisterne. c) Der Vorrat reicht für insgesamt \(29\,\text{Tage}\).
4322098
In der Abbildung sind die Graphen zweier linearer Funktionen \(f\) und \(g\) dargestellt. a) Bestimme für den Graphen von \(f\) den \(y\)-Achsenabschnitt \(b_1\) und die Steigung \(m_1\). Gib anschließend die zugehörige Funktionsgleichung an. b) Bestimme für den Graphen von \(g\) den \(y\)-Achsenabschnitt \(b_2\) und die Steigung \(m_2\). Gib anschließend die zugehörige Funktionsgleichung an.
Abbildung zur Aufgabe 432209

Denkanstöße

- Wo schneiden die Geraden die senkrechte \(y\)-Achse? Dieser Wert gibt dir direkt den \(y\)-Achsenabschnitt \(b\) an. - Suche dir zwei Punkte auf einer Geraden, die genau auf den Gitterkreuzungen liegen, und bestimme ihre Koordinatendifferenzen. - Berechne die Steigung \(m\), indem du den Höhenunterschied durch den Breitenunterschied teilst. Achte dabei auf das Vorzeichen: Fällt die Gerade von links nach rechts oder steigt sie? - Setze deine ermittelten Werte für \(m\) und \(b\) in die allgemeine Geradengleichung \(y = mx + b\) ein.

Lösung

1. Gerade \(f\): Der Graph schneidet die \(y\)-Achse im Punkt \((0 \mid -1)\). Der \(y\)-Achsenabschnitt ist somit \(b_1 = -1\). Um die Steigung \(m_1\) zu bestimmen, nutzen wir ein Steigungsdreieck, zum Beispiel zwischen den Punkten \((0 \mid -1)\) und \((2 \mid 0)\). Geht man \(2\) Einheiten nach rechts, so muss man \(1\) Einheit nach oben gehen: \(m_1 = \frac{1}{2} = 0{,}5\) Die Funktionsgleichung lautet somit: \(f(x) = 0{,}5x - 1\) 2. Gerade \(g\): Der Graph schneidet die \(y\)-Achse im Punkt \((0 \mid 3)\). Der \(y\)-Achsenabschnitt ist somit \(b_2 = 3\). Um die Steigung \(m_2\) zu bestimmen, nutzen wir das Steigungsdreieck zwischen den Punkten \((0 \mid 3)\) und \((2 \mid 0)\). Geht man \(2\) Einheiten nach rechts, so muss man \(3\) Einheiten nach unten gehen: \(m_2 = -\frac{3}{2} = -1{,}5\) Die Funktionsgleichung lautet somit: \(g(x) = -1{,}5x + 3\)

Antwort

a) \(b_1 = -1\), \(m_1 = 0{,}5\); die Funktionsgleichung von \(f\) lautet \(f(x) = 0{,}5x - 1\). b) \(b_2 = 3\), \(m_2 = -1{,}5\); die Funktionsgleichung von \(g\) lautet \(g(x) = -1{,}5x + 3\).
4324068
In der Abbildung sind die Graphen zweier linearer Funktionen \(f\) und \(g\) dargestellt. Auf jedem Graphen sind zwei Punkte mit einem roten Kreuz markiert. Bestimme für beide Geraden jeweils die Steigung \(m\), den \(y\)-Achsenabschnitt \(t\) und die vollständige Funktionsgleichung der Form \(y = mx + t\).
Abbildung zur Aufgabe 432406

Denkanstöße

- Kannst du die genauen Koordinaten der beiden markierten Punkte auf jeder Geraden ablesen? - Wie berechnet man die Steigung \(m\) mithilfe von zwei gegebenen Punkten? Erinnere dich an die Formel für das Steigungsdreieck. - Wo schneidet die Gerade die \(y\)-Achse? Dieser Wert entspricht dem \(y\)-Achsenabschnitt \(t\). - Setze die ermittelten Werte für \(m\) und \(t\) am Ende in die allgemeine Form \(y = mx + t\) ein.

Lösung

1. **Gerade \(f\):** - Die zwei markierten Punkte sind \(P_1(0 \mid -1)\) und \(P_2(3 \mid 1)\). - Da der Punkt \(P_1\) auf der \(y\)-Achse liegt, lässt sich der \(y\)-Achsenabschnitt direkt ablesen: \(t = -1\). - Die Steigung \(m\) wird mit der Formel \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}\) berechnet: \(m = \frac{1 - (-1)}{3 - 0} = \frac{2}{3}\). - Die Funktionsgleichung für \(f\) lautet somit: \(y = \frac{2}{3}x - 1\). 2. **Gerade \(g\):** - Die zwei markierten Punkte sind \(Q_1(-1 \mid 3)\) und \(Q_2(1 \mid -1)\). - Die Steigung \(m\) wird berechnet durch: \(m = \frac{-1 - 3}{1 - (-1)} = \frac{-4}{2} = -2\). - Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \((0 \mid 1)\), woraus sich \(t = 1\) ergibt. (Alternativ durch Einsetzen eines Punktes in \(y = -2x + t\): \(-1 = -2 \cdot 1 + t \implies t = 1\)). - Die Funktionsgleichung für \(g\) lautet somit: \(y = -2x + 1\).

Antwort

Gerade \(f\): \(m = \frac{2}{3}\), \(t = -1\), \(y = \frac{2}{3}x - 1\); Gerade \(g\): \(m = -2\), \(t = 1\), \(y = -2x + 1\).
4324108
Bestimme für die drei im Koordinatensystem abgebildeten Geraden \(f\), \(g\) und \(h\) jeweils die Geradengleichung in der Form \(y = mx + b\).
Abbildung zur Aufgabe 432410

Denkanstöße

- Bestimme zuerst für jede Gerade den \(y\)-Achsenabschnitt \(b\), indem du den Schnittpunkt der Geraden mit der senkrechten \(y\)-Achse abliest. - Suche dir für jede Gerade zwei Punkte, die genau auf den Gitterkreuzungen liegen, und bestimme ihre Koordinatendifferenzen. - Berechne die Steigung \(m\) mit der Formel \(m = \frac{\Delta y}{\Delta x}\), wobei \(\Delta y\) der Höhenunterschied und \(\Delta x\) der Breitenunterschied ist. - Achte auf das Vorzeichen der Steigung: Wenn eine Gerade von links nach rechts fällt, ist die Steigung negativ.

Lösung

1. Gerade \(f\): Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \((0 \mid 1)\), also ist der \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 1\). Mit einem weiteren gut ablesbaren Punkt wie \((2 \mid 4)\) erhalten wir ein Steigungsdreieck mit \(\Delta x = 2\) und \(\Delta y = 3\). Daraus berechnet sich die Steigung \(m = \frac{3}{2} = 1{,}5\). Die Geradengleichung lautet somit \(y = 1{,}5x + 1\) bzw. \(y = \frac{3}{2}x + 1\). 2. Gerade \(g\): Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \((0 \mid -2)\), also ist \(b = -2\). Mit dem Punkt \((2 \mid -3)\) ergibt sich ein Steigungsdreieck mit \(\Delta x = 2\) und \(\Delta y = -1\). Die Steigung ist \(m = -\frac{1}{2} = -0{,}5\). Die Geradengleichung lautet somit \(y = -0{,}5x - 2\) bzw. \(y = -\frac{1}{2}x - 2\). 3. Gerade \(h\): Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \((0 \mid 3)\), also ist \(b = 3\). Mit dem Schnittpunkt auf der \(x\)-Achse bei \((3 \mid 0)\) ergibt sich ein Steigungsdreieck mit \(\Delta x = 3\) und \(\Delta y = -3\). Die Steigung ist \(m = \frac{-3}{3} = -1\). Die Geradengleichung lautet somit \(y = -x + 3\).

Antwort

Gerade \(f\): \(y = 1{,}5x + 1\) (oder \(y = \frac{3}{2}x + 1\)); Gerade \(g\): \(y = -0{,}5x - 2\) (oder \(y = -\frac{1}{2}x - 2\)); Gerade \(h\): \(y = -x + 3\).
4332018
Die Gerade \(g\) im untenstehenden Koordinatensystem verläuft durch die Punkte \(P_1\) und \(P_2\). a) Berechne die Steigung \(m\) der Geraden mithilfe der Koordinaten von \(P_1\) und \(P_2\). b) Bestimme den \(y\)-Achsenabschnitt \(b\) rechnerisch. c) Gib die vollständige Funktionsgleichung der Form \(g(x) = mx + b\) an.
Abbildung zur Aufgabe 433201

Denkanstöße

- Überlege zuerst, wie du aus zwei gegebenen Punkten die Steigung berechnen kannst. - Wenn du die Steigung kennst, kannst du einen der Punkte nutzen, um den fehlenden Teil der Gleichung zu finden. - Achte beim Ablesen der Punkte genau auf die Achseneinteilung. - Überprüfe am Ende, ob deine berechnete Gerade auch wirklich durch beide Punkte verläuft.

Lösung

1. Koordinaten der Punkte aus der Grafik oder dem Kontext entnehmen: \(P_1(1 \mid 5)\) und \(P_2(4 \mid -1)\). 2. Berechnung der Steigung \(m\) mit dem Differenzenquotienten: \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \frac{-1 - 5}{4 - 1} = \frac{-6}{3} = -2\). 3. Den Punkt \(P_1(1 \mid 5)\) in die allgemeine Geradengleichung \(y = mx + b\) einsetzen, um \(b\) zu bestimmen: \(5 = -2 \cdot 1 + b \Rightarrow 5 = -2 + b \Rightarrow b = 7\). 4. Aufstellen der Funktionsgleichung: \(g(x) = -2x + 7\).

Antwort

a) Die Steigung beträgt \(m = -2\). b) Der \(y\)-Achsenabschnitt ist \(b = 7\). c) Die Funktionsgleichung lautet \(g(x) = -2x + 7\).
4332038
Im Koordinatensystem sind vier Geraden \(g_1\) bis \(g_4\) dargestellt. Bestimme für jede Gerade die Funktionsgleichung. Was fällt dir beim Vergleich der Gleichungen auf?
Abbildung zur Aufgabe 433203

Denkanstöße

- Schau dir an, wo jede Gerade die senkrechte Achse schneidet. - Nutze ein Steigungsdreieck, um zu sehen, wie weit du nach oben oder unten gehst, wenn du einen Schritt nach rechts machst. - Überlege, welcher Teil der Funktionsgleichung den Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse bestimmt.

Lösung

1. Bestimmung der Steigung \(m\) und des \(y\)-Achsenabschnitts \(b\) für jede Gerade: - \(g_1\): Verläuft durch \((0 \mid 2)\) und \((2 \mid 4)\). Steigung \(m = \frac{4 - 2}{2 - 0} = 1\), also \(y = x + 2\). - \(g_2\): Verläuft durch \((0 \mid 2)\) und \((1 \mid 0)\). Steigung \(m = \frac{0 - 2}{1 - 0} = -2\), also \(y = -2x + 2\). - \(g_3\): Verläuft durch \((0 \mid 2)\) und \((4 \mid 4)\). Steigung \(m = \frac{4 - 2}{4 - 0} = 0{,}5\), also \(y = 0{,}5x + 2\). - \(g_4\): Verläuft durch \((0 \mid 2)\) und \((4 \mid 0)\). Steigung \(m = \frac{0 - 2}{4 - 0} = -0{,}5\), also \(y = -0{,}5x + 2\). 2. Vergleich: Alle Geraden haben denselben \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 2\), sie schneiden sich also alle im Punkt \((0 \mid 2)\).

Antwort

Die Funktionsgleichungen lauten \(g_1: y = x + 2\), \(g_2: y = -2x + 2\), \(g_3: y = 0{,}5x + 2\) und \(g_4: y = -0{,}5x + 2\). Alle Geraden haben denselben \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 2\).
4332098
Bestimme für die beiden Geraden \(g\) und \(h\) im Koordinatensystem jeweils die Funktionsgleichung in der Form \(y = mx + b\). Gib auch die Zuordnungsvorschrift an.
Abbildung zur Aufgabe 433209

Denkanstöße

- Wo schneidet die Gerade die senkrechte Achse? Das ist dein Startwert \(b\). - Wie viele Einheiten musst du nach oben oder unten gehen, wenn du eine Einheit nach rechts gehst? Das ist die Steigung \(m\). - Du kannst auch zwei Punkte auf der Geraden wählen und die Differenz der \(y\)-Werte durch die Differenz der \(x\)-Werte teilen.

Lösung

1. Bestimmung der Gleichung für \(g\): Der \(y\)-Achsenabschnitt ist \(b = -2\). Mit dem Steigungsdreieck zwischen \((0 \mid -2)\) und \((2 \mid 1)\) ergibt sich die Steigung \(m = \frac{1 - (-2)}{2 - 0} = \frac{3}{2} = 1{,}5\). Die Funktionsgleichung lautet \(y = 1{,}5x - 2\), die Zuordnungsvorschrift \(x \mapsto 1{,}5x - 2\). 2. Bestimmung der Gleichung für \(h\): Der \(y\)-Achsenabschnitt ist \(b = 3\). Mit dem Steigungsdreieck zwischen \((0 \mid 3)\) und \((3 \mid 0)\) ergibt sich die Steigung \(m = \frac{0 - 3}{3 - 0} = -1\). Die Funktionsgleichung lautet \(y = -x + 3\), die Zuordnungsvorschrift \(x \mapsto -x + 3\).

Antwort

Gerade \(g\): \(y = 1{,}5x - 2\), Zuordnungsvorschrift \(x \mapsto 1{,}5x - 2\); Gerade \(h\): \(y = -x + 3\), Zuordnungsvorschrift \(x \mapsto -x + 3\).
4332128
Im abgebildeten Koordinatensystem siehst du drei Geraden \(f\), \(g\) und \(h\). Bestimme für jede Gerade die Funktionsgleichung.
Abbildung zur Aufgabe 433212

Denkanstöße

- Eine Gerade, die parallel zur \(x\)-Achse verläuft, hat immer die Form \(y = c\). - Achte bei den anderen Geraden darauf, ob sie steigen oder fallen, um das richtige Vorzeichen für die Steigung zu finden.

Lösung

1. Gerade \(f\): Die Gerade verläuft horizontal durch den Wert \(2\) auf der \(y\)-Achse. Die Steigung ist \(0\). Die Gleichung lautet \(y = 2\). 2. Gerade \(g\): Der \(y\)-Achsenabschnitt ist \(b = 1\). Geht man \(1\) Einheit nach rechts, muss man \(1\) Einheit nach unten gehen, um wieder auf der Geraden zu sein. Die Steigung ist also \(m = -1\). Die Gleichung lautet \(y = -x + 1\). 3. Gerade \(h\): Der \(y\)-Achsenabschnitt ist \(b = -3\). Geht man \(3\) Einheiten nach rechts, muss man \(3\) Einheiten nach oben gehen, also ist die Steigung \(m = \frac{3}{3} = 1\). Die Gleichung lautet \(y = x - 3\).

Antwort

\(f: y = 2\); \(g: y = -x + 1\); \(h: y = x - 3\).
4332578
Betrachte die Gerade \(g\) im Koordinatensystem. a) Bestimme den \(y\)-Achsenabschnitt \(c\). b) Ermittle die Steigung \(m\) der Geraden. c) Stelle die Funktionsgleichung der Form \(y = mx + c\) auf.
Abbildung zur Aufgabe 433257

Denkanstöße

- Bestimme den Punkt, an dem die Gerade die vertikale Achse schneidet. Das ist dein \(c\). - Suche dir zwei Punkte auf der Geraden, die genau auf den Gitterkreuzungen liegen. - Stelle dir gedanklich ein Dreieck zwischen diesen zwei Punkten vor, um zu sehen, wie weit du nach rechts und wie weit du nach oben oder unten gehen musst.

Lösung

1. Ablesen des \(y\)-Achsenabschnitts: Die Gerade schneidet die \(y\)-Achse im Punkt \((0 \mid 1)\). Somit ist \(c = 1\). 2. Bestimmung der Steigung \(m\): Geht man vom Punkt \((0 \mid 1)\) zwei Einheiten nach rechts, muss man eine Einheit nach oben gehen, um wieder auf die Gerade zu gelangen (Punkt \((2 \mid 2)\)). Die Steigung berechnet sich zu \(m = \frac{\Delta y}{\Delta x} = \frac{2 - 1}{2 - 0} = \frac{1}{2} = 0{,}5\). 3. Aufstellen der Funktionsgleichung: Mit \(m = 0{,}5\) und \(c = 1\) ergibt sich \(y = 0{,}5x + 1\).

Antwort

a) \(c = 1\) b) \(m = 0{,}5\) c) \(y = 0{,}5x + 1\)
4332738
In einem Vorratsbehälter befinden sich zu Beginn bereits \(10\,\text{l}\) Wasser. Der Behälter wird nun gleichmäßig befüllt. Das folgende Diagramm zeigt die Wassermenge \(V\) in Litern in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) in Minuten. Beachte, dass die Achsen unterschiedlich skaliert sind. a) Bestimme die Funktionsgleichung der zugehörigen linearen Funktion \(V(t)\). b) Berechne, wie viel Wasser nach \(6\,\text{min}\) im Behälter ist. Überprüfe dein Ergebnis anschließend durch Ablesen im Graphen.
Abbildung zur Aufgabe 433273

Denkanstöße

- Schau dir zuerst genau an, welchen Wert ein Kästchen auf der waagerechten und der senkrechten Achse darstellt. - Wähle zwei Punkte auf der Geraden aus, die genau auf den Gitterkreuzungen liegen, um die Steigung zu bestimmen. - Der Schnittpunkt mit der senkrechten Achse gibt dir direkt den Startwert der Funktion an. - Setze für die Berechnung den gesuchten Zeitwert einfach für die Variable in deine Funktionsgleichung ein.

Lösung

1. Ablesen zweier Punkte aus dem Koordinatensystem unter Berücksichtigung der Skalierung: \(P_1(0 \mid 10)\) und \(P_2(4 \mid 20)\). 2. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{20 - 10}{4 - 0} = \frac{10}{4} = 2{,}5\). 3. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts \(b\): Da der Graph die \(y\)-Achse bei \(10\) schneidet, ist \(b = 10\). 4. Aufstellen der Funktionsgleichung: \(V(t) = 2{,}5t + 10\). 5. Berechnung des Wertes für \(t = 6\): \(V(6) = 2{,}5 \cdot 6 + 10 = 15 + 10 = 25\). 6. Überprüfung am Graphen: Der Punkt \((6 \mid 25)\) liegt auf der Geraden.

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(V(t) = 2{,}5t + 10\). b) Nach \(6\,\text{min}\) befinden sich \(25\,\text{l}\) Wasser im Behälter.
4335248
Zwei Geraden schneiden sich im Punkt \(S(2 \mid 1)\). Bestimme die Werte für \(m\) und \(n\) für beide Geraden aus dem Graphen.
Abbildung zur Aufgabe 433524

Denkanstöße

- Der Schnittpunkt beider Geraden ist ein guter Punkt, um die Steigung zu berechnen. - Achte auf die Symmetrie der beiden Geraden im Bild.

Lösung

1. Gerade \(f\): - Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse bei \(n = -2\). - Steigung \(m\): Geht man 2 Einheiten nach rechts, geht man 3 Einheiten nach oben zum Punkt \((2 \mid 1)\). Also \(m = \frac{3}{2} = 1{,}5\). - Gleichung: \(y = 1{,}5x - 2\). 2. Gerade \(g\): - Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse bei \(n = 4\). - Steigung \(m\): Geht man 2 Einheiten nach rechts, geht man 3 Einheiten nach unten zum Punkt \((2 \mid 1)\). Also \(m = \frac{-3}{2} = -1{,}5\). - Gleichung: \(y = -1{,}5x + 4\).

Antwort

Gerade \(f\): \(m = 1{,}5\), \(n = -2\); Gerade \(g\): \(m = -1{,}5\), \(n = 4\).
4335258
Bestimme die Funktionsgleichungen der Geraden \(a\) und \(b\). Beachte dabei besonders den Verlauf der Geraden \(a\).
Abbildung zur Aufgabe 433525

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Steigung, wenn eine Gerade parallel zur \(x\)-Achse verläuft? - Wie verändert sich der \(y\)-Wert bei der Geraden \(b\), wenn du dich auf der \(x\)-Achse bewegst?

Lösung

1. Gerade \(a\): Diese Gerade verläuft horizontal. Das bedeutet, die Steigung ist \(m = 0\). Sie schneidet die \(y\)-Achse bei \(n = -3\). Die Funktionsgleichung lautet somit \(y = -3\). 2. Gerade \(b\): - Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \(n = 2\). - Zur Bestimmung der Steigung wählen wir die Punkte \((0 \mid 2)\) und \((-1 \mid 5)\). Die Steigung ist \(m = \frac{5 - 2}{-1 - 0} = \frac{3}{-1} = -3\). - Die Funktionsgleichung lautet \(y = -3x + 2\).

Antwort

Gerade \(a\): \(y = -3\) (mit \(m = 0\) und \(n = -3\)); Gerade \(b\): \(y = -3x + 2\) (mit \(m = -3\) und \(n = 2\)).
4349438
Bestimme die Gleichungen der drei Geraden \(f\), \(g\) und \(h\), die im abgebildeten Koordinatensystem dargestellt sind.
Abbildung zur Aufgabe 434943

Denkanstöße

- Überprüfe für jede Gerade zuerst, ob sie eine besondere Lage im Koordinatensystem hat (waagrecht, senkrecht oder durch den Ursprung). - Bei schrägen Geraden kannst du die Steigung mithilfe eines Steigungsdreiecks bestimmen. - Achte darauf, wo die Geraden die Achsen schneiden.

Lösung

1. Gerade \(f\): Es handelt sich um eine Ursprungsgerade. Sie verläuft durch den Ursprung \((0 \mid 0)\) und den Punkt \((2 \mid 3)\). Die Steigung ist \(m = \frac{3-0}{2-0} = 1{,}5\). Somit lautet die Gleichung \(f(x) = 1{,}5x\). 2. Gerade \(g\): Diese Gerade verläuft parallel zur \(x\)-Achse und schneidet die \(y\)-Achse bei \(-2\). Die Gleichung ist \(y = -2\). 3. Gerade \(h\): Diese Gerade verläuft parallel zur \(y\)-Achse und schneidet die \(x\)-Achse bei \(-4\). Die Gleichung ist \(x = -4\).

Antwort

Die Gleichungen lauten \(f: y = 1{,}5x\), \(g: y = -2\) und \(h: x = -4\).
4349718
Bestimme die Funktionsgleichungen der beiden linearen Funktionen \(f\) und \(g\), die im untenstehenden Koordinatensystem dargestellt sind. Gib die Gleichungen in der Form \(y = mx + c\) an.
Abbildung zur Aufgabe 434971

Denkanstöße

- Wo schneiden die Geraden die vertikale \(y\)-Achse? Dieser Wert entspricht dem Parameter \(c\). - Bestimme an zwei Gitterpunkten die Höhen- und Breitenänderung, um \(m = \frac{\Delta y}{\Delta x}\) zu berechnen. - Achte darauf, ob die Gerade steigt (positive Steigung) oder fällt (negative Steigung). - Suche dir Punkte, die genau auf den Gitterlinien liegen, um exakte Werte abzulesen.

Lösung

1. Bestimmung von \(f\): Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \(2\), also ist \(c = 2\). Um die Steigung \(m\) zu finden, betrachten wir ein Steigungsdreieck zwischen \((0 \mid 2)\) und \((4 \mid 3)\). Die Änderung in \(y\) beträgt \(1\), die in \(x\) beträgt \(4\). Somit ist \(m = \frac{1}{4} = 0{,}25\). Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = 0{,}25x + 2\). 2. Bestimmung von \(g\): Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \(1\), also ist \(c = 1\). Mit dem Punkt \((4 \mid -2)\) berechnet man die Steigung: \(m = \frac{-2 - 1}{4 - 0} = -\frac{3}{4} = -0{,}75\). Die Funktionsgleichung lautet \(g(x) = -0{,}75x + 1\).

Antwort

\(f(x) = 0{,}25x + 2\) und \(g(x) = -0{,}75x + 1\)
4119548
Eine Gartenkerze hat zu Beginn eine Höhe von \(30\,\text{cm}\). Nachdem sie \(4\,\text{Stunden}\) lang gleichmäßig gebrannt hat, beträgt ihre Höhe nur noch \(22\,\text{cm}\). a) Überprüfe, ob die Zuordnung „Brenndauer (in \(\text{h}\)) \(\rightarrow\) verbleibende Höhe (in \(\text{cm}\))“ proportional ist. Begründe kurz. b) Stelle einen Term auf, der die Resthöhe \(h\) nach \(x\) Stunden beschreibt, solange die Kerze brennt. c) Berechne mithilfe deines Terms die Höhe der Kerze nach \(7{,}5\,\text{Stunden}\).

Denkanstöße

- Was passiert mit der Höhe, wenn die Zeit verstreicht? Startet die Höhe bei Null? - Wie viel Zentimeter verliert die Kerze in einer einzigen Stunde? - Kannst du eine Formel schreiben, die mit der Anfangshöhe beginnt?

Lösung

1. Prüfung der Proportionalität: Eine proportionale Zuordnung müsste bei \(0\,\text{h}\) den Wert \(0\,\text{cm}\) haben. Hier ist die Höhe bei \(0\,\text{h}\) jedoch \(30\,\text{cm}\). Die Zuordnung ist daher nicht proportional. 2. Berechnung der Abnahmerate: In \(4\,\text{h}\) verliert die Kerze \(30\,\text{cm} - 22\,\text{cm} = 8\,\text{cm}\). Die Rate beträgt \(8\,\text{cm} : 4\,\text{h} = 2\,\text{cm/h}\). 3. Aufstellen des Terms: Nach \(x\) Stunden wurden insgesamt \(2x\) Zentimeter abgebrannt. Daher gilt \(h(x) = 30 - 2x\) für \(0 \le x \le 15\). 4. Berechnung für \(x = 7{,}5\): \(h(7{,}5) = 30 - 2 \cdot 7{,}5 = 30 - 15 = 15\). Die Höhe beträgt \(15\,\text{cm}\).

Antwort

a) Die Zuordnung ist nicht proportional, da sie nicht durch den Ursprung \((0|0)\) verläuft: Zu Beginn ist die Kerze \(30\,\text{cm}\) hoch. b) Solange die Kerze brennt, gilt \(h(x) = 30 - 2x\) für \(0 \le x \le 15\). c) Nach \(7{,}5\,\text{Stunden}\) ist die Kerze noch \(15\,\text{cm}\) hoch.
4128918
Eine lineare Funktion \(p\) hat die Form \(p(x) = 3x + b\). Bekannt ist, dass der Graph der Funktion die \(x\)-Achse an der Stelle \(x = -2\) schneidet. a) Ermittle den Wert des Parameters \(b\). b) Bestimme die Lage des Punktes \(P(1|p(1))\) im Vergleich zum Graphen der Funktion \(q(x) = -2x + 5\). Liegt \(P\) oberhalb, unterhalb oder auf dem Graphen von \(q\)?

Denkanstöße

- Was weißt du über den Funktionswert an einer Nullstelle? Nutze dies, um die fehlende Zahl in der Gleichung zu finden. - Wie berechnet man den \(y\)-Wert eines Punktes, wenn die Funktionsgleichung und der \(x\)-Wert bekannt sind? - Vergleiche die Ergebnisse der beiden Funktionen für denselben \(x\)-Wert.

Lösung

1. Bestimmung von \(b\): Da die Nullstelle bei \(x = -2\) liegt, gilt \(p(-2) = 0\). \(3 \cdot (-2) + b = 0 \Rightarrow -6 + b = 0 \Rightarrow b = 6\). Die Funktionsgleichung lautet \(p(x) = 3x + 6\). 2. Berechnung des Punktes \(P\): Berechne \(p(1)\). \(p(1) = 3 \cdot 1 + 6 = 9\). Der Punkt ist \(P(1|9)\). 3. Vergleich mit \(q\): Berechne den Funktionswert \(q(1)\). \(q(1) = -2 \cdot 1 + 5 = 3\). 4. Da \(9 > 3\), liegt der Punkt \(P\) oberhalb des Graphen der Funktion \(q\).

Antwort

a) Der Parameter ist \(b = 6\). b) Der Punkt \(P(1|9)\) liegt oberhalb des Graphen von \(q\), da \(p(1) = 9\) und \(q(1) = 3\).
4128938
Eine lineare Funktion \(g\) mit der Gleichung \(g(x) = mx + n\) verläuft durch den Punkt \(P(0 \mid 6)\). Der Graph von \(g\) schließt mit den Koordinatenachsen im ersten Quadranten eine Fläche von \(15\,\text{FE}\) (Flächeneinheiten) ein. a) Bestimme die Nullstelle der Funktion \(g\). b) Ermittle die Funktionsgleichung von \(g\).

Denkanstöße

- Welchen Wert der Funktionsgleichung kannst du direkt aus dem Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse ablesen? - Überlege dir die Formel für den Flächeninhalt eines rechtwinkligen Dreiecks und welche Größen gegeben sind. - Wenn du zwei Punkte des Graphen kennst (den Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse und die Nullstelle), wie berechnest du dann die Steigung?

Lösung

1. Da der Punkt \(P(0 \mid 6)\) auf der \(y\)-Achse liegt, ist der \(y\)-Achsenabschnitt \(n = 6\). 2. Die Fläche des rechtwinkligen Dreiecks im ersten Quadranten wird durch \(A = \frac{1}{2} \cdot x_0 \cdot n\) berechnet, wobei \(x_0\) die Nullstelle ist. 3. Einsetzen der bekannten Werte: \(15 = \frac{1}{2} \cdot x_0 \cdot 6 \Rightarrow 15 = 3x_0 \Rightarrow x_0 = 5\). Die Nullstelle liegt bei \(x = 5\). 4. Berechnung der Steigung \(m\) mit den Punkten \((0 \mid 6)\) und \((5 \mid 0)\): \(m = \frac{0 - 6}{5 - 0} = -1{,}2\). 5. Die Funktionsgleichung lautet \(g(x) = -1{,}2x + 6\).

Antwort

a) Die Nullstelle der Funktion \(g\) ist \(x = 5\). b) Die Funktionsgleichung lautet \(g(x) = -1{,}2x + 6\).
4129178
Eine Gerade \(g\) hat die Steigung \(m = -0{,}75\). Ihr Graph schneidet die \(x\)-Achse an der Stelle \(x = 4\). a) Berechne den \(y\)-Achsenabschnitt \(c\) der Funktion. b) Gib die vollständige Funktionsgleichung für \(g\) an.

Denkanstöße

- Welche allgemeine Form hat eine lineare Funktionsgleichung? - Welche Koordinate ist an der Stelle, wo der Graph die \(x\)-Achse kreuzt, immer Null? - Setze alle bekannten Werte in die allgemeine Form ein, um den fehlenden Parameter zu finden.

Lösung

1. Ansatz für die Funktionsgleichung mit der gegebenen Steigung: \(g(x) = -0{,}75x + c\). 2. Der Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse bei \(x = 4\) entspricht dem Punkt \(P(4|0)\). 3. Einsetzen der Koordinaten von \(P\) in die Funktionsgleichung: \(0 = -0{,}75 \cdot 4 + c\). 4. Berechnung des Produkts: \(-0{,}75 \cdot 4 = -3\). 5. Auflösen der Gleichung \(0 = -3 + c\) ergibt \(c = 3\). 6. Die vollständige Funktionsgleichung lautet \(g(x) = -0{,}75x + 3\).

Antwort

a) \(c = 3\) b) \(g(x) = -0{,}75x + 3\)
4129278
Ein linearer Funktionsgraph der Form \(f(x) = 0{,}5x + c\) schneidet die \(x\)-Achse genau an der Stelle \(x = 6\). a) Berechne den Wert von \(c\). b) Wo liegt der Schnittpunkt dieses Graphen mit der \(y\)-Achse? c) Eine zweite Funktion \(g\) hat die Gleichung \(g(x) = 0{,}5x\). Beschreibe, wie man den Graphen von \(g\) verschieben muss, um den Graphen von \(f\) zu erhalten.

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Koordinaten eines Punktes, wenn er auf der \(x\)-Achse liegt? - Kannst du die gegebenen Informationen in die allgemeine Geradengleichung einsetzen? - Vergleiche die beiden Funktionsgleichungen. Welcher Teil ist identisch und welcher unterscheidet sich?

Lösung

1. Berechnung von \(c\): Da die Nullstelle bei \(x = 6\) liegt, gilt \(f(6) = 0\). Einsetzen ergibt \(0{,}5 \cdot 6 + c = 0 \Rightarrow 3 + c = 0 \Rightarrow c = -3\). 2. Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse: Da \(c = -3\), ist \(f(0) = -3\). Der Schnittpunkt ist \(S_y(0|-3)\). 3. Vergleich der Graphen: \(g(x) = 0{,}5x\) hat den \(y\)-Achsenabschnitt \(0\). Da \(f(x) = 0{,}5x - 3\) ist, wurde der Graph von \(g\) um \(3\) Einheiten entlang der \(y\)-Achse nach unten verschoben.

Antwort

a) \(c = -3\). b) Der Schnittpunkt liegt bei \((0|-3)\). c) Man muss den Graphen von \(g\) um \(3\) Einheiten nach unten (in negative \(y\)-Richtung) verschieben.
4129548
Der Graph einer linearen Funktion \( h \) verläuft durch den Punkt \( P(2 | 1) \). Das zugehörige Steigungsdreieck zeigt: Geht man von einem beliebigen Punkt auf der Geraden \( 5 \) Einheiten nach links, muss man \( 2 \) Einheiten nach oben gehen, um wieder auf der Geraden zu landen. Berechne die Steigung \( m \) und den y-Achsenabschnitt \( b \) der Funktion \( h \). Gib die Funktionsgleichung an.

Denkanstöße

- Achte genau auf die Richtungen im Steigungsdreieck: „nach links“ bedeutet eine negative Änderung in x-Richtung. - Wenn du die Steigung kennst, wie kannst du einen bekannten Punkt nutzen, um den Achsenabschnitt zu finden? - Setze die Koordinaten des Punktes für \( x \) und \( y \) in die Grundformel ein.

Lösung

1. Bestimmung der Steigung \( m \): „5 Einheiten nach links“ bedeutet \( \Delta x = -5 \). „2 Einheiten nach oben“ bedeutet \( \Delta y = 2 \). Daraus folgt \( m = \frac{\Delta y}{\Delta x} = \frac{2}{-5} = -0{,}4 \). 2. Berechnung von \( b \): Einsetzen von \( m = -0{,}4 \) und dem Punkt \( P(2 | 1) \) in die Formel \( y = mx + b \). 3. Rechnung: \( 1 = -0{,}4 \cdot 2 + b \). Dies ergibt \( 1 = -0{,}8 + b \). 4. Auflösen nach \( b \): \( b = 1 + 0{,}8 = 1{,}8 \). 5. Funktionsgleichung: \( h(x) = -0{,}4x + 1{,}8 \).

Antwort

Die Steigung ist \( m = -0{,}4 \), der y-Achsenabschnitt ist \( b = 1{,}8 \). Die Gleichung lautet \( h(x) = -0{,}4x + 1{,}8 \).
4129578
Bestimme die Funktionsgleichung einer linearen Funktion \(h(x) = mx + t\) basierend auf den folgenden Bedingungen: a) Der Graph von \(h\) ist parallel zur Geraden mit der Gleichung \(p(x) = -4x + 10\) und hat denselben \(y\)-Achsenabschnitt wie die Gerade \(q(x) = 0{,}5x - 2\). b) Wie müssen \(m\) und \(t\) gewählt werden, damit der Graph eine horizontale Gerade ist, die durch den Punkt \(P(5|3)\) verläuft? c) Ausgehend von der Geraden \(f(x) = x\) wird die Steigung verdoppelt und der Graph anschließend um \(3\) Einheiten nach unten verschoben. Wie lautet die neue Funktionsgleichung?

Denkanstöße

- Wenn zwei Geraden parallel sind, was wissen wir dann über ihr \(m\)? - Überlege dir bei einer horizontalen Geraden: Ändert sich der \(y\)-Wert, wenn du auf der Geraden nach links oder rechts gehst? - Führe die Änderungen Schritt für Schritt nacheinander an den Werten für \(m\) und \(t\) durch.

Lösung

1. Parallelität zu \(p(x) = -4x + 10\) bedeutet gleiche Steigung, also \(m = -4\). Der \(y\)-Achsenabschnitt von \(q(x) = 0{,}5x - 2\) ist \(t = -2\). Somit lautet die Gleichung \(h(x) = -4x - 2\). 2. Eine horizontale Gerade hat die Steigung \(m = 0\). Wenn sie durch den Punkt \(P(5|3)\) verläuft, muss der \(y\)-Wert für alle \(x\) gleich \(3\) sein, also ist der \(y\)-Achsenabschnitt \(t = 3\). Die Gleichung lautet \(h(x) = 3\). 3. Die Ausgangsfunktion ist \(f(x) = 1 \cdot x + 0\). Verdopplung der Steigung führt zu \(m = 1 \cdot 2 = 2\). Eine Verschiebung um \(3\) Einheiten nach unten bedeutet \(t = 0 - 3 = -3\). Die neue Gleichung ist \(h(x) = 2x - 3\).

Antwort

a) \(h(x) = -4x - 2\) b) \(m = 0\) und \(t = 3\); Gleichung: \(h(x) = 3\) c) \(h(x) = 2x - 3\)
4129598
Eine Gerade \(g\) ist durch die Gleichung \(y = 1{,}5x - 2\) gegeben. Erstelle die Funktionsgleichungen für drei weitere Geraden \(h\), \(i\) und \(j\) nach folgenden Vorgaben: - \(h\) ist parallel zu \(g\) und schneidet die \(y\)-Achse bei \(4\). - \(i\) hat dieselbe Steigung wie \(g\), verläuft aber durch den Punkt \(P(2|1)\). - \(j\) schneidet die \(y\)-Achse im selben Punkt wie \(g\), verläuft aber parallel zur \(x\)-Achse. Welche dieser Geraden (\(g, h, i, j\)) sind zueinander parallel oder sogar identisch?

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Steigung einer Geraden, wenn sie parallel zur horizontalen Achse verläuft? - Wie nutzt man einen gegebenen Punkt, um den fehlenden Teil einer Funktionsgleichung zu berechnen? - Überlege, was passieren muss, damit zwei Geraden nicht nur parallel sind, sondern genau aufeinanderliegen.

Lösung

1. Aufstellen der Gleichungen: \(g: y = 1{,}5x - 2\) \(h\): Gleiche Steigung \(m=1{,}5\), Achsenabschnitt \(n=4 \implies y = 1{,}5x + 4\) \(i\): Gleiche Steigung \(m=1{,}5\), Punkt \(P(2|1)\) einsetzen: \(1 = 1{,}5 \cdot 2 + n \implies 1 = 3 + n \implies n = -2\). Somit \(y = 1{,}5x - 2\) \(j\): Parallel zur \(x\)-Achse bedeutet \(m=0\), gleicher Achsenabschnitt wie \(g\) bedeutet \(n=-2 \implies y = -2\) 2. Vergleich: \(g\) und \(i\) haben dieselbe Gleichung, sie sind identisch. \(h\) hat dieselbe Steigung wie \(g\) und \(i\), ist also parallel zu beiden. \(j\) hat eine andere Steigung (\(0\)) und ist zu keiner der anderen Geraden parallel.

Antwort

Die Gleichungen lauten: \(h: y = 1{,}5x + 4\), \(i: y = 1{,}5x - 2\) und \(j: y = -2\). Die Geraden \(g\) und \(i\) sind identisch. Die Gerade \(h\) ist zu \(g\) und \(i\) echt parallel. Die Gerade \(j\) ist zu keiner dieser Geraden parallel.
4129818
Eine lineare Funktion \(p\) hat die Steigung \(m = -\frac{2}{3}\) und ihr Graph verläuft durch den Punkt \(A(3|1)\). a) Ermittle die Funktionsgleichung von \(p\). b) Bestimme die Koordinaten eines weiteren Punktes \(B\) auf dem Graphen, dessen Koordinaten beide ganzzahlig sind. c) Überprüfe durch eine Rechnung, ob der Punkt \(C(-6|7)\) auf dem Graphen von \(p\) liegt.

Denkanstöße

- Wie nutzt man einen gegebenen Punkt, um den fehlenden y-Achsenabschnitt zu berechnen? - Welche x-Werte sind bei einem Drittel-Bruch besonders praktisch? - Wie prüft man mathematisch, ob ein Punkt zu einer Geraden gehört?

Lösung

1. Funktionsgleichung bestimmen: Ansatz \(y = mx + n\). Setze \(m = -\frac{2}{3}\) und die Koordinaten von \(A(3|1)\) ein: \(1 = -\frac{2}{3} \cdot 3 + n\) \(1 = -2 + n\) \(n = 3\). Die Gleichung lautet \(p(x) = -\frac{2}{3}x + 3\). 2. Weiteren ganzzahligen Punkt finden: Wähle einen \(x\)-Wert, der durch \(3\) teilbar ist (z. B. \(x=0\) oder \(x=6\)). Für \(x = 0\): \(y = -\frac{2}{3} \cdot 0 + 3 = 3\). Punkt \(B(0|3)\). 3. Punktprobe für \(C(-6|7)\): Setze \(x = -6\) in die Funktionsgleichung ein. \(y = -\frac{2}{3} \cdot (-6) + 3 = 4 + 3 = 7\). Da das Ergebnis mit der \(y\)-Koordinate von \(C\) übereinstimmt, liegt der Punkt auf dem Graphen.

Antwort

a) \(p(x) = -\frac{2}{3}x + 3\) b) Ein möglicher Punkt ist \(B(0|3)\). c) Ja, der Punkt \(C\) liegt auf dem Graphen, da \(p(-6) = 7\) gilt.
4129958
Eine Gerade verläuft durch die Punkte \(C(0 \mid 4)\) und \(D(5 \mid 2)\). a) Ermittle die Funktionsgleichung dieser Geraden. b) Berechne die Nullstelle der Funktion (den \(x\)-Wert, an dem die Gerade die \(x\)-Achse schneidet).

Denkanstöße

- Was verrät dir ein Punkt der Form \((0 \mid y)\) direkt über die Funktionsgleichung? - Wie gehst du vor, um den Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse zu finden? - Welchen Wert muss die y-Koordinate an der Nullstelle haben?

Lösung

1. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(b\): Da der Punkt \(C(0 \mid 4)\) auf der y-Achse liegt, ist \(b = 4\). 2. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \frac{2 - 4}{5 - 0} = -\frac{2}{5} = -0{,}4\). 3. Funktionsgleichung: \(y = -0{,}4x + 4\). 4. Berechnung der Nullstelle: Setze \(y = 0\): \(0 = -0{,}4x + 4 \Rightarrow 0{,}4x = 4 \Rightarrow x = 10\). Die Nullstelle liegt bei \(x = 10\).

Antwort

a) \(y = -0{,}4x + 4\) b) \(x = 10\)
4129968
Gegeben sind die Punkte \(P(1 \mid 2)\) und \(Q(3 \mid 3)\). a) Stelle die Gleichung der Geraden auf, die durch \(P\) und \(Q\) geht. b) Überprüfe rechnerisch, ob der Punkt \(R(7 \mid 5)\) ebenfalls auf dieser Geraden liegt. Begründe deine Antwort.

Denkanstöße

- Wie kannst du prüfen, ob ein Punkt eine Gleichung erfüllt? - Was bedeutet es grafisch und rechnerisch, wenn ein dritter Punkt auf derselben Geraden wie zwei andere Punkte liegt?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{3 - 2}{3 - 1} = \frac{1}{2} = 0{,}5\). 2. Bestimmung von \(b\) durch Einsetzen von \(P(1 \mid 2)\): \(2 = 0{,}5 \cdot 1 + b \Rightarrow 2 = 0{,}5 + b \Rightarrow b = 1{,}5\). 3. Geradengleichung: \(y = 0{,}5x + 1{,}5\). 4. Punktprobe für \(R(7 \mid 5)\): Setze \(x = 7\) in die Gleichung ein: \(y = 0{,}5 \cdot 7 + 1{,}5 = 3{,}5 + 1{,}5 = 5\). Da der berechnete y-Wert mit der y-Koordinate von \(R\) übereinstimmt, liegt der Punkt auf der Geraden.

Antwort

a) \(y = 0{,}5x + 1{,}5\) b) Ja, \(R\) liegt auf der Geraden, da die Punktprobe \(5 = 0{,}5 \cdot 7 + 1{,}5\) eine wahre Aussage ergibt.
4129988
Gegeben ist eine Gerade \(h\) mit der Gleichung \(y = -1{,}5x + 4\). Eine dazu parallele Gerade \(k\) schneidet die \(x\)-Achse an der Stelle \(x = 4\). Ermittle die Funktionsgleichung der Geraden \(k\).

Denkanstöße

- Welche Information über die Steigung liefert dir die Parallelität? - Welche Koordinaten hat ein Punkt, der auf der \(x\)-Achse liegt? - Wie gehst du vor, wenn du die Steigung und einen Punkt der Geraden kennst?

Lösung

1. Die Gerade \(k\) ist parallel zu \(h\), daher ist die Steigung \(m = -1{,}5\). 2. Der Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse bei \(x = 4\) entspricht dem Punkt \(P(4|0)\). 3. Einsetzen von \(m\) und \(P\) in \(y = mx + b\): \(0 = -1{,}5 \cdot 4 + b\). 4. Berechnung von \(b\): \(0 = -6 + b \implies b = 6\). 5. Die Funktionsgleichung lautet \(y = -1{,}5x + 6\).

Antwort

\(y = -1{,}5x + 6\)
4129998
Zwei Geraden \(g_1\) und \(g_2\) sind parallel zueinander. Die Gerade \(g_1\) verläuft durch die Punkte \(C(-2|7)\) und \(D(1|-2)\). Die Gerade \(g_2\) hat den \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 1\) und verläuft durch den Punkt \(E(3|y_E)\). a) Bestimme die Funktionsgleichung von \(g_2\). b) Berechne die fehlende Koordinate \(y_E\) des Punktes \(E\).

Denkanstöße

- Bestimme zuerst die Steigung der ersten Geraden. - Nutze die Parallelität, um die Steigung der zweiten Geraden festzulegen. - Wie sieht die Funktionsgleichung aus, wenn du Steigung und Achsenabschnitt bereits kennst? - Wie kannst du den \(y\)-Wert eines Punktes berechnen, wenn du den \(x\)-Wert und die Funktionsgleichung hast?

Lösung

1. Berechnung der Steigung von \(g_1\): \(m = \frac{-2 - 7}{1 - (-2)} = \frac{-9}{3} = -3\). 2. Da \(g_1 \parallel g_2\), ist die Steigung von \(g_2\) ebenfalls \(m = -3\). 3. Mit dem gegebenen \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 1\) ergibt sich für \(g_2\) die Gleichung \(y = -3x + 1\). 4. Einsetzen der \(x\)-Koordinate von \(E(3|y_E)\) in die Gleichung von \(g_2\): \(y_E = -3 \cdot 3 + 1\). 5. Berechnung des Ergebniswertes: \(y_E = -9 + 1 = -8\).

Antwort

a) \(y = -3x + 1\) b) \(y_E = -8\)
4130018
Eine Kerze wird angezündet und brennt gleichmäßig ab. Nach \(3\) Stunden ist sie noch \(18\,\text{cm}\) hoch. Man weiß, dass sie pro Stunde um \(2{,}5\,\text{cm}\) kürzer wird. a) Stelle eine Funktionsgleichung auf, die die Höhe \(h\) (in \(\text{cm}\)) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in Stunden) beschreibt. b) Wie hoch war die Kerze zu Beginn, also beim Anzünden?

Denkanstöße

- Überlege dir zuerst, ob die Steigung positiv oder negativ sein muss, wenn etwas weniger wird. - Welchen Wert hat die Zeit \(t\) genau in dem Moment, in dem die Kerze angezündet wird? - Welche Information im Text gibt dir einen Punkt (Wertepaar) für deine Rechnung?

Lösung

1. Die Änderungsrate pro Stunde entspricht der Steigung \(m\). Da die Kerze kürzer wird, ist \(m = -2{,}5\). 2. Der Zustand nach \(3\) Stunden entspricht dem Punkt \((3 | 18)\). 3. Einsetzen von \(m\), \(t\) und \(h\) in die Form \(h(t) = mt + b\), um den Startwert \(b\) zu finden: \(18 = -2{,}5 \cdot 3 + b\). 4. Ausrechnen: \(18 = -7{,}5 + b \Rightarrow b = 25{,}5\). 5. Die Funktionsgleichung lautet \(h(t) = -2{,}5t + 25{,}5\). 6. Die Anfangshöhe entspricht dem Wert zum Zeitpunkt \(t = 0\), also dem y-Achsenabschnitt \(b = 25{,}5\,\text{cm}\).

Antwort

a) \(h(t) = -2{,}5t + 25{,}5\) b) \(25{,}5\,\text{cm}\)
4130028
Gegeben ist eine lineare Funktion \(f\) mit der Steigung \(m = -2\), deren Graph durch den Punkt \(A(4 | 6)\) verläuft. a) Ermittle die Funktionsgleichung von \(f\). b) Berechne die Nullstelle der Funktion und gib den Schnittpunkt des Graphen mit der \(x\)-Achse an.

Denkanstöße

- Wie gehst du vor, um den y-Achsenabschnitt zu finden, wenn Steigung und ein Punkt bekannt sind? - Was ist das besondere Merkmal eines Punktes, der auf der \(x\)-Achse liegt? Welchen Wert hat dort \(y\)?

Lösung

1. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(b\) durch Einsetzen von \(m = -2\) und \(A(4 | 6)\) in \(y = mx + b\): \(6 = -2 \cdot 4 + b\). 2. Berechnung: \(6 = -8 + b \Rightarrow b = 14\). Die Funktionsgleichung ist \(f(x) = -2x + 14\). 3. Zur Berechnung der Nullstelle wird der Funktionswert gleich Null gesetzt: \(0 = -2x + 14\). 4. Auflösen nach \(x\): \(2x = 14 \Rightarrow x = 7\). Die Nullstelle ist \(x = 7\); der Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse ist \(S_x(7 | 0)\).

Antwort

a) \(f(x) = -2x + 14\) b) Die Nullstelle ist \(x = 7\); der Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse ist \(S_x(7 | 0)\).
4130108
Gegeben ist die Gerade \(g\), die durch die Punkte \(P(0 \mid 3)\) und \(Q(4 \mid 5)\) verläuft. Eine zweite Gerade \(h\) verläuft parallel zu \(g\) und geht durch den Punkt \(R(2 \mid 1)\). a) Ermittle die Funktionsgleichungen für \(g\) und \(h\). b) Bestimme die Nullstelle von \(h\) und gib den Schnittpunkt der Geraden mit der \(x\)-Achse an.

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Steigung zweier Geraden, wenn diese parallel zueinander sind? - Kannst du den \(y\)-Achsenabschnitt von Gerade \(g\) direkt aus den gegebenen Punkten ablesen? - Wie ist ein Punkt auf der \(x\)-Achse mathematisch definiert?

Lösung

1. Gerade \(g\): Da \(P(0 \mid 3)\) auf der \(y\)-Achse liegt, ist \(n_g = 3\). Die Steigung ist \(m_g = \frac{5 - 3}{4 - 0} = \frac{2}{4} = 0{,}5\). Gleichung: \(g(x) = 0{,}5x + 3\). 2. Gerade \(h\): Da \(h\) parallel zu \(g\) ist, gilt \(m_h = m_g = 0{,}5\). Einsetzen von \(R(2 \mid 1)\) in \(y = 0{,}5x + n_h\) ergibt \(1 = 0{,}5 \cdot 2 + n_h \Rightarrow 1 = 1 + n_h \Rightarrow n_h = 0\). Gleichung: \(h(x) = 0{,}5x\). 3. Nullstelle von \(h\): Setze \(h(x) = 0\). \(0 = 0{,}5x \Rightarrow x = 0\). Die Nullstelle ist \(x = 0\); der Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse ist \(S_x(0 \mid 0)\).

Antwort

a) Die Gleichungen lauten \(g(x) = 0{,}5x + 3\) und \(h(x) = 0{,}5x\). b) Die Nullstelle ist \(x = 0\); die Gerade \(h\) schneidet die \(x\)-Achse im Ursprung bei \(S_x(0 \mid 0)\).
4130118
Um die Gleichung der Geraden durch \(C(2 \mid 5)\) und \(D(4 \mid 1)\) zu bestimmen, berechnet ein Schüler die Steigung wie folgt: \(m = \frac{4 - 2}{1 - 5} = \frac{2}{-4} = -0{,}5\) Erkläre, welchen Fehler der Schüler gemacht hat, und bestimme die korrekte Funktionsgleichung.

Denkanstöße

- Schau dir die Formel für die Steigung \(m\) genau an. Was gehört in den Zähler, was in den Nenner? - Überprüfe, ob die Differenzen der Koordinaten in der richtigen Reihenfolge subtrahiert wurden. - Wie gehst du vor, wenn du die richtige Steigung gefunden hast, um den Rest der Gleichung zu bestimmen?

Lösung

1. Fehleranalyse: Der Schüler hat im Bruch Zähler und Nenner vertauscht. Er hat \(\frac{x_2 - x_1}{y_2 - y_1}\) statt \(\frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}\) gerechnet. 2. Korrekte Steigung: \(m = \frac{1 - 5}{4 - 2} = \frac{-4}{2} = -2\). 3. Korrekter \(y\)-Achsenabschnitt: Einsetzen von \(C(2 \mid 5)\) in \(y = -2x + n\) ergibt \(5 = -2 \cdot 2 + n \Rightarrow 5 = -4 + n \Rightarrow n = 9\). 4. Die korrekte Gleichung lautet \(y = -2x + 9\).

Antwort

Der Schüler hat die Differenz der x-Werte durch die Differenz der y-Werte geteilt, anstatt umgekehrt. Die korrekte Funktionsgleichung lautet \(y = -2x + 9\).
4130158
Drei Punkte \(A(1 | 4)\), \(B(3 | 10)\) und \(C(x | 19)\) liegen auf einer gemeinsamen Geraden. Ermittle den Wert der x-Koordinate von Punkt \(C\).

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung zwischen zwei gegebenen Punkten? - Wenn Punkte auf einer Geraden liegen, muss die Steigung zwischen jedem beliebigen Paar dieser Punkte gleich sein. - Kannst du zuerst eine Funktionsgleichung aus den ersten beiden Punkten erstellen? - Was weißt du über den Punkt \(C\), wenn er die Funktionsgleichung erfüllen muss?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) zwischen den Punkten \(A\) und \(B\): \(m = \frac{10 - 4}{3 - 1} = 3\). 2. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(n\) durch Einsetzen von \(A(1 | 4)\) in die Form \(y = mx + n\): \(4 = 3 \cdot 1 + n \implies n = 1\). 3. Aufstellen der Geradengleichung: \(y = 3x + 1\). 4. Einsetzen des y-Werts von Punkt \(C\) (\(y = 19\)) in die Gleichung: \(19 = 3x + 1\). 5. Auflösen nach \(x\): \(18 = 3x \implies x = 6\).

Antwort

Die x-Koordinate von Punkt \(C\) ist \(6\).
4130178
Gegeben sind die vier Punkte \(S(-2 | -7)\), \(T(0 | -1)\), \(U(1 | 2)\) und \(V(3 | 7)\). Drei dieser Punkte liegen auf einer gemeinsamen Geraden, während ein Punkt nicht dazu gehört. Identifiziere den Punkt, der nicht auf der Geraden liegt, und bestimme die Funktionsgleichung der Geraden, auf der die übrigen drei Punkte liegen.

Denkanstöße

- Du kannst nacheinander die Steigungen zwischen benachbarten Punkten prüfen. - Sobald sich eine Steigung ändert, hast du den „Ausreißer“ fast schon gefunden. - Wie kannst du den y-Achsenabschnitt besonders schnell ablesen, wenn ein Punkt auf der y-Achse gegeben ist? - Nutze zwei der Punkte, die auf der Geraden liegen, um die allgemeine Form \(y = mx + b\) aufzustellen.

Lösung

1. Berechnung der Steigung zwischen \(S\) und \(T\): \(m_{ST} = \frac{-1 - (-7)}{0 - (-2)} = \frac{6}{2} = 3\). 2. Berechnung der Steigung zwischen \(T\) und \(U\): \(m_{TU} = \frac{2 - (-1)}{1 - 0} = \frac{3}{1} = 3\). Da die Steigungen gleich sind, liegen \(S\), \(T\) und \(U\) auf einer Geraden. 3. Überprüfung von \(V(3 | 7)\) durch Berechnung der Steigung zu \(U\): \(m_{UV} = \frac{7 - 2}{3 - 1} = \frac{5}{2} = 2{,}5\). Da \(2{,}5 \neq 3\), liegt \(V\) nicht auf der Geraden. 4. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(n\): Aus Punkt \(T(0 | -1)\) folgt direkt \(n = -1\). 5. Aufstellen der Funktionsgleichung mit \(m = 3\) und \(n = -1\): \(y = 3x - 1\).

Antwort

Der Punkt \(V(3 | 7)\) liegt nicht auf der Geraden. Die Funktionsgleichung der Geraden, auf der die Punkte \(S\), \(T\) und \(U\) liegen, lautet \(y = 3x - 1\).
4130228
In ein großes Wasserbecken wird gleichmäßig Wasser eingeleitet. Nach \(10\,\text{Minuten}\) befinden sich \(450\,\text{Liter}\) im Becken. Nach \(25\,\text{Minuten}\) ist der Bestand auf \(825\,\text{Liter}\) angewachsen. 1. Ermittle die Funktionsgleichung, die das Volumen \(V\) (in Litern) in Abhängigkeit von der Zeit \(x\) (in Minuten) beschreibt. 2. Berechne, wie viel Wasser sich bereits vor Beginn der Messung im Becken befand. 3. Das Becken hat ein Fassungsvermögen von \(1{,}2\,\text{m}^3\). Nach welcher Zeit ist es vollständig gefüllt?

Denkanstöße

- Was gibt die Steigung in diesem Beispiel an? - Achte auf die Einheiten, wenn du das Fassungsvermögen mit dem aktuellen Inhalt vergleichst. - Wie viel Liter passen in einen Kubikmeter? - Kannst du aus den zwei Zeitpunkten bestimmen, wie viel Wasser pro Minute dazukommt?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) aus den Wertepaaren \((10|450)\) und \((25|825)\): \(m = \frac{825 - 450}{25 - 10} = \frac{375}{15} = 25\). Die Zuflussrate beträgt \(25\,\text{l/min}\). 2. Bestimmung des Startwerts \(b\): \(450 = 25 \cdot 10 + b \implies 450 = 250 + b \implies b = 200\). Die Funktionsgleichung ist \(V(x) = 25x + 200\). 3. Der Anfangsbestand bei \(x = 0\) beträgt \(200\,\text{Liter}\). 4. Umrechnung des Zielvolumens: \(1{,}2\,\text{m}^3 = 1200\,\text{Liter}\). 5. Berechnung der Zeit für das volle Becken: \(1200 = 25x + 200 \implies 1000 = 25x \implies x = 40\). Nach \(40\,\text{Minuten}\) ist das Becken voll.

Antwort

1. \(V(x) = 25x + 200\) 2. \(200\,\text{Liter}\) 3. Nach \(40\,\text{Minuten}\)
4130328
Eine Kerze hat zu Beginn eine Höhe von \(24\,\text{cm}\). Nach einer Brenndauer von \(3\,\text{Stunden}\) ist sie noch \(18\,\text{cm}\) hoch. a) Erstelle eine Funktionsgleichung, die die Höhe \(h\) (in \(\text{cm}\)) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in Stunden) angibt. b) Erkläre die Bedeutung der Steigung \(m\) und des \(y\)-Achsenabschnitts \(b\) in diesem Sachzusammenhang. c) Berechne die Höhe der Kerze nach \(5\,\text{Stunden}\).

Denkanstöße

- Was passiert mit der Höhe der Kerze, während sie brennt? - Wie viele Zentimeter verliert die Kerze in einer einzigen Stunde? - Kannst du die Werte aus der Aufgabe in einem Koordinatensystem als Punkte sehen?

Lösung

1. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts: Die Anfangshöhe bei \(t = 0\) ist \(b = 24\). 2. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{18 - 24}{3 - 0} = \frac{-6}{3} = -2\). Die Gleichung ist \(h(t) = -2t + 24\). 3. Interpretation: \(b = 24\) ist die Anfangshöhe der Kerze in \(\text{cm}\). \(m = -2\) gibt an, dass die Kerze pro Stunde um \(2\,\text{cm}\) kürzer wird (Abbrandrate). 4. Berechnung der Höhe nach \(5\,\text{Stunden}\): \(h(5) = -2 \cdot 5 + 24 = -10 + 24 = 14\). Die Höhe beträgt \(14\,\text{cm}\).

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(h(t) = -2t + 24\). b) Der \(y\)-Achsenabschnitt \(b=24\) ist die Anfangshöhe in \(\text{cm}\). Die Steigung \(m=-2\) gibt die Änderung der Höhe pro Stunde an (die Kerze wird pro Stunde um \(2\,\text{cm}\) kleiner). c) Nach \(5\,\text{Stunden}\) ist die Kerze noch \(14\,\text{cm}\) hoch.
4130378
Eine Gerade hat die Steigung \(m = -3\) und verläuft durch den Punkt \(P(2 \mid -4)\). Ein weiterer Punkt \(Q(x \mid 8)\) liegt ebenfalls auf dieser Geraden. Berechne die fehlende x-Koordinate des Punktes \(Q\).

Denkanstöße

- Was passiert, wenn du alle bekannten Werte in die Steigungsformel einsetzt? - Wie kannst du eine Gleichung nach einer Unbekannten auflösen, die im Nenner steht? - Überprüfe dein Ergebnis, indem du die Steigung mit deinem gefundenen Wert erneut berechnest.

Lösung

1. Aufstellen der Steigungsformel mit den gegebenen Werten: \(m = \frac{y_Q - y_P}{x_Q - x_P}\). 2. Einsetzen der bekannten Werte: \(-3 = \frac{8 - (-4)}{x - 2}\). 3. Vereinfachen des Zählers: \(-3 = \frac{12}{x - 2}\). 4. Umformen der Gleichung: \(-3(x - 2) = 12 \implies x - 2 = -4\). 5. Bestimmen von \(x\): \(x = -2\).

Antwort

Die x-Koordinate des Punktes \(Q\) ist \(-2\).
4130418
Ein Techniker erfasst drei Messpunkte: \(A(10|25)\), \(B(20|45)\) und \(C(30|62)\). a) Bestimme die Gleichung der Geraden \(g\), die exakt durch die Punkte \(A\) und \(B\) verläuft. b) Prüfe rechnerisch, ob der Punkt \(C\) ebenfalls auf dieser Geraden liegt. c) Der Techniker möchte die Steigung der Geraden so anpassen, dass sie weiterhin durch \(A\) verläuft, aber näher am Punkt \(C\) liegt. Muss er die Steigung vergrößern oder verkleinern? Begründe deine Entscheidung ohne eine neue Gleichung aufzustellen.

Denkanstöße

- Wie berechnest du die Steigung, wenn zwei Punkte gegeben sind? - Was bedeutet es für die Lage eines Punktes, wenn er die Funktionsgleichung nicht erfüllt? - Stell dir vor, die Gerade ist wie ein Hebel, der im Punkt \(A\) festgehalten wird. Was passiert mit dem Ende bei \(x = 30\), wenn du den Hebel flacher stellst?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) für Gerade \(AB\): \(m = \frac{45 - 25}{20 - 10} = \frac{20}{10} = 2\). 2. Berechnung des \(y\)-Achsenabschnitts \(b\): \(25 = 2 \cdot 10 + b \implies b = 5\). Gleichung: \(g(x) = 2x + 5\). 3. Punktprobe für \(C(30|62)\): \(g(30) = 2 \cdot 30 + 5 = 65\). Da \(65 \neq 62\), liegt \(C\) nicht auf der Geraden. 4. Analyse der Steigung: Der Punkt \(C\) hat bei \(x = 30\) den \(y\)-Wert \(62\). Die Gerade \(g\) liefert dort den Wert \(65\). Um näher an \(C\) zu kommen, muss der Funktionswert bei \(x = 30\) sinken. Da die Gerade fest im Punkt \(A(10|25)\) verankert ist, muss die Steigung verkleinert werden, damit die Gerade flacher verläuft und bei \(x = 30\) einen niedrigeren Wert erreicht.

Antwort

a) \(g(x) = 2x + 5\) b) Nein, \(C\) liegt nicht auf der Geraden, da \(g(30) = 65 \neq 62\). c) Er muss die Steigung verkleinern. Da der berechnete Wert (\(65\)) größer ist als der Messwert (\(62\)), muss die Gerade flacher verlaufen, um näher an \(C\) heranzukommen.
4130428
Ein Wassertank wird gleichmäßig befüllt. Nach \(10\,\text{Minuten}\) befinden sich \(1500\,\text{Liter}\) Wasser im Tank. Nach \(25\,\text{Minuten}\) ist der Bestand auf \(3000\,\text{Liter}\) angewachsen. Der Füllvorgang lässt sich durch eine lineare Funktion beschreiben. a) Bestimme die Funktionsgleichung \(V(t)\), die das Volumen (in Litern) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in Minuten) angibt. b) Wie viel Wasser befand sich zu Beginn des Füllvorgangs (\(t = 0\)) bereits im Tank? c) Der Tank hat ein Fassungsvermögen von \(6000\,\text{Litern}\). Berechne, nach wie vielen Minuten der Tank vollständig gefüllt ist.

Denkanstöße

- Stelle dir die Zeit als x-Wert und das Volumen als y-Wert vor. - Wie viel Liter kommen pro Minute hinzu? Das hilft dir bei der Steigung. - Was bedeutet der Wert zum Zeitpunkt Null für die Gleichung? - Überlege, welche Größe gegeben ist, wenn nach der Dauer bis zur vollständigen Füllung gefragt wird.

Lösung

1. Aufstellen der Steigung \(m\) mit den Punkten \((10 \mid 1500)\) und \((25 \mid 3000)\): \(m = \frac{3000 - 1500}{25 - 10} = \frac{1500}{15} = 100\). 2. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(b\) durch Einsetzen eines Punktes in \(V(t) = 100t + b\): \(1500 = 100 \cdot 10 + b \Rightarrow 1500 = 1000 + b \Rightarrow b = 500\). 3. Die Funktionsgleichung lautet \(V(t) = 100t + 500\). 4. Der Anfangsbestand zum Zeitpunkt \(t = 0\) entspricht dem Wert \(b\), also \(500\,\text{Litern}\). 5. Berechnung der Zeit für das volle Volumen: \(6000 = 100t + 500 \Rightarrow 5500 = 100t \Rightarrow t = 55\). Der Tank ist nach \(55\,\text{Minuten}\) voll.

Antwort

a) \(V(t) = 100t + 500\) b) Es befanden sich \(500\,\text{Liter}\) im Tank. c) Der Tank ist nach \(55\,\text{Minuten}\) voll.
4130438
Ein Taxiunternehmen berechnet seine Preise nach einem linearen Tarif. Eine Fahrt über eine Strecke von \(5\,\text{km}\) kostet \(14{,}50\,\text{€}\). Für eine Strecke von \(12\,\text{km}\) fallen Kosten in Höhe von \(28{,}50\,\text{€}\) an. a) Ermittle die Funktionsgleichung \(K(x)\), die die Kosten in Abhängigkeit von der gefahrenen Strecke \(x\) (in Kilometern) beschreibt. b) Erkläre die Bedeutung der Steigung \(m\) und des y-Achsenabschnitts \(b\) in diesem Sachzusammenhang. c) Berechne die Kosten für eine Fahrt von \(20\,\text{km}\) Länge.

Denkanstöße

- Was ändert sich an den Kosten, wenn man einen Kilometer weiter fährt? - Gibt es einen Betrag, den man zahlen muss, auch wenn man noch gar keinen Kilometer gefahren ist? - Setze den gesuchten Wert für die Strecke in deine gefundene Formel ein.

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) aus den Wertepaaren \((5 \mid 14{,}50)\) und \((12 \mid 28{,}50)\): \(m = \frac{28{,}50 - 14{,}50}{12 - 5} = \frac{14}{7} = 2\). 2. Berechnung des y-Achsenabschnitts \(b\) durch Einsetzen in \(K(x) = 2x + b\): \(14{,}50 = 2 \cdot 5 + b \Rightarrow 14{,}50 = 10 + b \Rightarrow b = 4{,}50\). 3. Die Funktionsgleichung lautet \(K(x) = 2x + 4{,}50\). 4. Interpretation: Die Steigung \(m = 2\) gibt den Preis pro Kilometer an (\(2{,}00\,\text{€}/\text{km}\)). Der y-Achsenabschnitt \(b = 4{,}50\) stellt den festen Grundpreis dar (\(4{,}50\,\text{€}\)). 5. Berechnung der Kosten für \(20\,\text{km}\): \(K(20) = 2 \cdot 20 + 4{,}50 = 40 + 4{,}50 = 44{,}50\). Die Fahrt kostet \(44{,}50\,\text{€}\).

Antwort

a) \(K(x) = 2x + 4{,}50\) b) \(m = 2\) ist der Preis pro Kilometer (\(2{,}00\,\text{€}/\text{km}\)); \(b = 4{,}50\) ist der Grundpreis (\(4{,}50\,\text{€}\)). c) Eine Fahrt über \(20\,\text{km}\) kostet \(44{,}50\,\text{€}\).
4130508
Eine lineare Funktion \(k\) hat die Steigung \(m = -0{,}5\) und verläuft durch den Punkt \(P(4|1)\). 1. Bestimme die Funktionsgleichung von \(k\) in der Form \(k(x) = mx + b\). 2. Berechne die Nullstelle der Funktion und gib den Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse an. 3. Zeichne den Graphen der Funktion in ein Koordinatensystem und markiere den Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse. Überprüfe, ob die Zeichnung mit deiner Berechnung übereinstimmt.

Denkanstöße

- Wie kannst du die allgemeine Geradengleichung nutzen, wenn du einen Punkt und die Steigung kennst? - Was ist der \(y\)-Wert an jedem Punkt, der auf der \(x\)-Achse liegt? - Erinnere dich daran, wie man die Steigung als „Stufen“ in einem Koordinatensystem darstellt. - Kannst du die Nullstelle direkt im Graphen ablesen, nachdem du die Gerade gezeichnet hast?

Lösung

1. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts \(b\): Einsetzen der Steigung \(m = -0{,}5\) und des Punktes \(P(4|1)\) in die allgemeine Form \(y = mx + b\) ergibt \(1 = -0{,}5 \cdot 4 + b\). Vereinfachen führt zu \(1 = -2 + b\), also \(b = 3\). Die Gleichung lautet \(k(x) = -0{,}5x + 3\). 2. Berechnung der Nullstelle: Setze \(k(x) = 0\), also \(0 = -0{,}5x + 3\). Daraus folgt \(-3 = -0{,}5x\) und damit \(x = 6\). Der Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse ist \(N(6|0)\). 3. Zum Zeichnen können die Punkte \(S_y(0|3)\), \(P(4|1)\) und \(N(6|0)\) markiert und durch eine Gerade verbunden werden. Die Zeichnung bestätigt den berechneten Schnittpunkt \(N(6|0)\).

Antwort

1. \(k(x) = -0{,}5x + 3\) 2. Nullstelle: \(x = 6\); Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse: \(N(6|0)\) 3. Der Graph verläuft unter anderem durch \(S_y(0|3)\), \(P(4|1)\) und \(N(6|0)\); die Zeichnung bestätigt die Rechnung.
4130618
Überprüfe zunächst, ob die Wertepaare in der folgenden Tabelle zu einer linearen Funktion gehören. Falls ja, vervollständige die fehlenden Werte. Falls nein, begründe kurz. <table> <tr><td>\(x\)</td><td>\(1\)</td><td>\(2\)</td><td>\(4\)</td><td>\(0\)</td><td></td></tr> <tr><td>\(f(x)\)</td><td>\(5\)</td><td>\(8\)</td><td>\(14\)</td><td></td><td>\(26\)</td></tr> </table>

Denkanstöße

- Überprüfe, ob die Änderung zwischen den Funktionswerten immer proportional zur Änderung der \(x\)-Werte ist. - Was müsste gelten, damit alle Punkte auf einer Geraden liegen? - Wenn du die Steigung kennst, wie kannst du dann den Wert an der Stelle \(0\) finden?

Lösung

1. Prüfung auf Linearität durch Vergleich der Steigungen: Zwischen \((1; 5)\) und \((2; 8)\): \(m_1 = \frac{8 - 5}{2 - 1} = 3\). Zwischen \((2; 8)\) und \((4; 14)\): \(m_2 = \frac{14 - 8}{4 - 2} = \frac{6}{2} = 3\). Da die Steigungen gleich sind, ist die Funktion linear. 2. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(c\): \(f(1) = 3 \cdot 1 + c = 5 \Rightarrow c = 2\). Die Gleichung ist \(f(x) = 3x + 2\). 3. Berechnung für \(x = 0\): \(f(0) = 3 \cdot 0 + 2 = 2\). 4. Berechnung für \(f(x) = 26\): \(26 = 3x + 2 \Rightarrow 24 = 3x \Rightarrow x = 8\).

Antwort

Die Werte gehören zu einer linearen Funktion mit \(f(x) = 3x + 2\). Die fehlenden Werte sind: Für \(x = 0\) ist \(f(x) = 2\). Für \(f(x) = 26\) ist \(x = 8\).
4130858
Drei Geraden \(g_1\), \(g_2\) und \(g_3\) sollen sich alle im selben Punkt \(P(4|1)\) schneiden. Die Gleichung von \(g_1\) lautet \(y = -x + 5\). 1. Überprüfe rechnerisch, ob der Punkt \(P\) tatsächlich auf der Geraden \(g_1\) liegt. 2. Die Gerade \(g_2\) ist eine Ursprungsgerade und verläuft durch \(P\). Bestimme ihre Funktionsgleichung. 3. Die Gerade \(g_3\) hat die Steigung \(m = 0{,}5\) und verläuft ebenfalls durch \(P\). Bestimme ihre Funktionsgleichung.

Denkanstöße

- Wie führt man eine Punktprobe durch? - Was zeichnet eine Ursprungsgerade im Vergleich zu einer allgemeinen linearen Funktion aus? - Wenn du die Steigung und einen Punkt kennst, wie findest du dann den \(y\)-Achsenabschnitt?

Lösung

1. Punktprobe für \(P(4|1)\) in \(g_1\): \(1 = -4 + 5\). Da \(1 = 1\) eine wahre Aussage ist, liegt \(P\) auf \(g_1\). 2. Ursprungsgerade bedeutet \(y = mx\). Einsetzen von \(P(4|1)\): \(1 = m \cdot 4 \Rightarrow m = 0{,}25\). Die Gleichung ist \(y = 0{,}25x\). 3. Ansatz für \(g_3\): \(y = 0{,}5x + n\). Einsetzen von \(P(4|1)\): \(1 = 0{,}5 \cdot 4 + n \Rightarrow 1 = 2 + n \Rightarrow n = -1\). Die Gleichung ist \(y = 0{,}5x - 1\).

Antwort

1. Ja, der Punkt \(P\) liegt auf \(g_1\). 2. Die Gleichung von \(g_2\) lautet \(y = 0{,}25x\). 3. Die Gleichung von \(g_3\) lautet \(y = 0{,}5x - 1\).
4130868
Zwei Geraden \(g\) und \(h\) schneiden sich im Punkt \(S(3|2)\). Die Gerade \(g\) verläuft durch den Koordinatenursprung. 1. Bestimme die Funktionsgleichung der Geraden \(g\). 2. Begründe kurz, warum es unendlich viele verschiedene Geraden gibt, die die Gerade \(g\) im Punkt \(S\) schneiden können. 3. Die Gerade \(h\) schneidet die \(y\)-Achse im Punkt \(S_y(0|5)\). Bestimme die Funktionsgleichung von \(h\).

Denkanstöße

- Wenn eine Gerade durch den Ursprung und einen weiteren Punkt geht, wie berechnest du ihre Steigung? - Stell dir vor, du hältst einen Stift auf einen Punkt auf einem Blatt Papier. In wie viele Richtungen kannst du den Stift drehen? - Wie berechnet man die Steigung zwischen zwei gegebenen Punkten?

Lösung

1. \(g\) ist eine Ursprungsgerade der Form \(y = mx\). Mit \(S(3|2)\) gilt \(2 = 3m\), also \(m = \frac{2}{3}\). Damit lautet die Gleichung \(y = \frac{2}{3}x\). 2. Durch einen einzelnen Punkt in der Ebene verlaufen unendlich viele Geraden mit unterschiedlichen Steigungen. Jede dieser Geraden außer \(g\) selbst schneidet \(g\) im Punkt \(S\). 3. Die Steigung von \(h\) durch \(S(3|2)\) und \(S_y(0|5)\) ist \(m = \frac{2 - 5}{3 - 0} = -1\). Da der \(y\)-Achsenabschnitt \(5\) ist, lautet die Gleichung \(y = -x + 5\).

Antwort

1. Die Gleichung von \(g\) ist \(y = \frac{2}{3}x\). 2. Durch einen Punkt verlaufen unendlich viele Geraden mit unterschiedlichen Steigungen. 3. Die Gleichung von \(h\) ist \(y = -x + 5\).
4130888
Gegeben ist die lineare Funktion \(f\) mit \(f(x) = mx - 1\). Der Graph der Funktion verläuft durch den Punkt \(P(-2 \mid 5)\). a) Berechne die Steigung \(m\) der Funktion. b) Überprüfe durch Rechnung, ob der Punkt \(Q(1 \mid -4)\) ebenfalls auf dem Graphen von \(f\) liegt.

Denkanstöße

- Kannst du die Steigung bestimmen, wenn du einen Punkt und den \(y\)-Achsenabschnitt kennst? - Wie prüfst du, ob ein Wertepaar eine Gleichung erfüllt?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) durch Einsetzen von \(P(-2 \mid 5)\): \(5 = m(-2) - 1\). 2. Auflösen nach \(m\): \(6 = -2m \implies m = -3\). Die Gleichung ist \(f(x) = -3x - 1\). 3. Punktprobe für \(Q(1 \mid -4)\): \(f(1) = -3 \cdot 1 - 1 = -4\). 4. Vergleich: Da der berechnete \(y\)-Wert mit der \(y\)-Koordinate von \(Q\) übereinstimmt, liegt der Punkt auf dem Graphen.

Antwort

a) Die Steigung ist \(m = -3\). b) Ja, der Punkt \(Q(1 \mid -4)\) liegt auf dem Graphen, da \(f(1) = -4\) gilt.
4131558
Eine Gerade \(p\) verläuft durch die beiden Punkte \(A(1 | 4)\) und \(B(3 | 0)\). a) Ermittle die Funktionsgleichung der Geraden \(p\). b) Berechne die Nullstelle der Funktion. c) Eine weitere Gerade \(q\) hat dieselbe Nullstelle wie die Gerade \(p\). Ihre Steigung ist jedoch genau halb so groß wie die Steigung von \(p\). Bestimme die Funktionsgleichung der Geraden \(q\).

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Kannst du eine Punktprobe machen, um den Achsenabschnitt zu finden? - Was bedeutet „Nullstelle“ für die Koordinaten eines Punktes auf der Geraden? - Wenn du die neue Steigung und einen Punkt der neuen Geraden kennst, wie gehst du dann vor?

Lösung

1. Funktionsgleichung \(p\): Berechnung der Steigung \(m = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A} = \frac{0 - 4}{3 - 1} = \frac{-4}{2} = -2\). Einsetzen von \(B(3 | 0)\) in \(y = -2x + b\) ergibt \(0 = -2(3) + b \implies b = 6\). Gleichung: \(y = -2x + 6\). 2. Nullstelle von \(p\): Setze \(0 = -2x + 6 \implies 2x = 6 \implies x = 3\). Die Nullstelle ist bei \(x = 3\). 3. Funktionsgleichung \(q\): Die Steigung von \(q\) ist \(m_q = \frac{1}{2} \cdot (-2) = -1\). Da \(q\) dieselbe Nullstelle wie \(p\) hat, verläuft sie durch \((3 | 0)\). Einsetzen in \(y = -1x + b_q\) ergibt \(0 = -1(3) + b_q \implies b_q = 3\). Die Gleichung lautet \(y = -x + 3\).

Antwort

a) \(p: y = -2x + 6\) b) Die Nullstelle liegt bei \(x = 3\). c) \(q: y = -x + 3\)
4131928
Eine Kerze ist zu Beginn \(24\,\text{cm}\) hoch. Nach einer Brenndauer von \(4\,\text{Stunden}\) beträgt ihre Höhe noch \(14\,\text{cm}\). Die Abnahme der Höhe erfolgt gleichmäßig. a) Bestimme eine Funktionsgleichung, die die Höhe \(h\) (in \(\text{cm}\)) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in \(\text{Stunden}\)) beschreibt. b) Berechne, nach wie vielen Stunden und Minuten die Kerze vollständig abgebrannt ist.

Denkanstöße

- Was gibt der Startwert der Kerze für den y-Achsenabschnitt an? - Wie viel Höhe verliert die Kerze pro Stunde? - Was bedeutet es für die Höhe \(h\), wenn die Kerze „abgebrannt“ ist? - Wie rechnet man Dezimalstunden in Minuten um?

Lösung

1. Aufstellen der linearen Funktion \(h(t) = mt + b\). Der Anfangswert bei \(t=0\) ist \(b = 24\). 2. Berechnung der Steigung \(m\) mit dem Punkt \((4 \mid 14)\): \(m = \frac{14 - 24}{4 - 0} = \frac{-10}{4} = -2{,}5\). 3. Aufstellen der Funktionsgleichung: \(h(t) = -2{,}5t + 24\). 4. Berechnung der Nullstelle für das vollständige Abbrennen: \(0 = -2{,}5t + 24 \Rightarrow 2{,}5t = 24 \Rightarrow t = 9{,}6\). 5. Umrechnung der Zeit: \(9{,}6\,\text{Stunden}\) entsprechen \(9\,\text{Stunden}\) und \(0{,}6 \cdot 60 = 36\,\text{Minuten}\).

Antwort

a) \(h(t) = -2{,}5t + 24\) b) Die Kerze ist nach \(9\,\text{Stunden}\) und \(36\,\text{Minuten}\) abgebrannt.
4131938
Eine Flüssigkeit kühlt gleichmäßig ab. Nach \(2\,\text{Minuten}\) beträgt die Temperatur \(75\,^\circ\text{C}\), nach \(10\,\text{Minuten}\) sind es noch \(55\,^\circ\text{C}\). a) Ermittle die Funktionsgleichung für die Temperatur \(T\) (in \(^\circ\text{C}\)) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in \(\text{Minuten}\)). b) Erkläre die Bedeutung der Steigung und des y-Achsenabschnitts in diesem Sachzusammenhang.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte auf einer Geraden bekannt sind? - Welche physikalische Größe ändert sich über die Zeit? - Was passiert zum Zeitpunkt Null? - Was sagt das Vorzeichen der Steigung über die Temperaturänderung aus?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) aus den Punkten \((2 \mid 75)\) und \((10 \mid 55)\): \(m = \frac{55 - 75}{10 - 2} = \frac{-20}{8} = -2{,}5\). 2. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(b\) durch Einsetzen eines Punktes in \(T(t) = -2{,}5t + b\): \(75 = -2{,}5 \cdot 2 + b \Rightarrow 75 = -5 + b \Rightarrow b = 80\). 3. Funktionsgleichung: \(T(t) = -2{,}5t + 80\). 4. Interpretation: Die Steigung \(-2{,}5\) gibt an, dass die Temperatur pro Minute um \(2{,}5\,^\circ\text{C}\) sinkt. Der y-Achsenabschnitt \(80\) gibt die Anfangstemperatur der Flüssigkeit (\(80\,^\circ\text{C}\)) zum Zeitpunkt \(t=0\) an.

Antwort

a) \(T(t) = -2{,}5t + 80\) b) Die Steigung gibt an, dass die Temperatur pro Minute um \(2{,}5\,^\circ\text{C}\) abnimmt. Der y-Achsenabschnitt stellt die Anfangstemperatur von \(80\,^\circ\text{C}\) dar.
4131948
Ein Wasserbehälter wird gleichmäßig befüllt. Nach \(5\,\text{Minuten}\) befinden sich \(13{,}5\,\text{Liter}\) im Behälter, nach \(12\,\text{Minuten}\) sind es bereits \(24\,\text{Liter}\). a) Bestimme die Funktionsgleichung \(V(t) = mt + b\), die das Volumen \(V\) (in \(\text{l}\)) nach der Zeit \(t\) (in \(\text{min}\)) angibt. b) Wie viel Wasser war ursprünglich im Behälter? c) Wie viel Wasser befindet sich nach einer halben Stunde im Behälter?

Denkanstöße

- Überlege zuerst, wie viel Liter pro Minute in den Behälter fließen. - Wie findet man heraus, was vor dem Start der Messung im Behälter war? - Welchen Wert für \(t\) musst du einsetzen, um den Zustand nach einer halben Stunde zu prüfen? - Achte auf die Einheiten der Zeitangaben.

Lösung

1. Steigung \(m\) berechnen: \(m = \frac{24 - 13{,}5}{12 - 5} = \frac{10{,}5}{7} = 1{,}5\). Die Füllrate beträgt \(1{,}5\,\text{l/min}\). 2. y-Achsenabschnitt \(b\) bestimmen: \(13{,}5 = 1{,}5 \cdot 5 + b \Rightarrow 13{,}5 = 7{,}5 + b \Rightarrow b = 6\). 3. Funktionsgleichung: \(V(t) = 1{,}5t + 6\). 4. Ursprüngliche Menge (\(t=0\)): Der Wert \(b = 6\) bedeutet, dass anfangs \(6\,\text{Liter}\) im Behälter waren. 5. Volumen nach \(30\,\text{Minuten}\): \(V(30) = 1{,}5 \cdot 30 + 6 = 45 + 6 = 51\). Es befinden sich \(51\,\text{Liter}\) im Behälter.

Antwort

a) \(V(t) = 1{,}5t + 6\) b) Es waren ursprünglich \(6\,\text{Liter}\) im Behälter. c) Nach einer halben Stunde befinden sich \(51\,\text{Liter}\) im Behälter.
4132008
Eine Gerade \(k\) verläuft durch den Punkt \(P(2|1)\). Ein Steigungsdreieck an dieser Geraden hat eine Breite von \(\Delta x = 4\) und eine Höhe von \(\Delta y = 2\) (die Gerade steigt an). a) Berechne die Steigung \(m\) der Geraden. b) Bestimme rechnerisch den \(y\)-Achsenabschnitt \(c\) der Geraden. c) Überprüfe durch eine Rechnung, ob der Punkt \(Q(10|5)\) ebenfalls auf der Geraden \(k\) liegt.

Denkanstöße

- Wie hängen die Breite und Höhe eines Steigungsdreiecks mit der Steigung \(m\) zusammen? - Wenn du einen Punkt und die Steigung kennst, wie kannst du die fehlende Unbekannte \(c\) in der allgemeinen Formel berechnen? - Was musst du tun, um zu beweisen, dass ein Punkt auf einer Geraden liegt?

Lösung

1. Berechnung der Steigung: \(m = \frac{\Delta y}{\Delta x} = \frac{2}{4} = 0{,}5\). 2. Berechnung des \(y\)-Achsenabschnitts: Setze \(m = 0{,}5\) und den Punkt \(P(2|1)\) in \(y = mx + c\) ein: \(1 = 0{,}5 \cdot 2 + c \Rightarrow 1 = 1 + c \Rightarrow c = 0\). Die Funktionsgleichung lautet \(k(x) = 0{,}5x\). 3. Punktprobe für \(Q(10|5)\): Setze \(x = 10\) in die Gleichung ein: \(k(10) = 0{,}5 \cdot 10 = 5\). Da der berechnete \(y\)-Wert mit der Koordinate von \(Q\) übereinstimmt, liegt der Punkt auf der Geraden.

Antwort

a) \(m = 0{,}5\) b) \(c = 0\) (Gleichung: \(k(x) = 0{,}5x\)) c) Ja, der Punkt \(Q(10|5)\) liegt auf der Geraden, da \(0{,}5 \cdot 10 = 5\) eine wahre Aussage ergibt.
4132058
Betrachte die folgende Wertetabelle: | \(x\) | \(-4\) | \(-1\) | \(2\) | \(5\) | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | \(y\) | \(11\) | \(5\) | \(-1\) | \(-7\) | a) Zeige durch Rechnung, dass diese Wertepaare zu einer linearen Funktion gehören. b) Bestimme die Funktionsgleichung der Form \(y = mx + b\). c) Entscheide, ob die Zuordnung auch proportional ist, und begründe deine Antwort.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung zwischen zwei Punkten? - Welche Form hat die Gleichung einer linearen Funktion und wie findet man den \(y\)-Achsenabschnitt? - Was müsste für den Wert von \(b\) in der Gleichung \(y = mx + b\) gelten, damit die Zuordnung proportional ist?

Lösung

1. Überprüfung der Linearität (konstante Steigung): Berechnung der Steigung \(m\) zwischen benachbarten Punkten. \(m_1 = \frac{5 - 11}{-1 - (-4)} = \frac{-6}{3} = -2\); \(m_2 = \frac{-1 - 5}{2 - (-1)} = \frac{-6}{3} = -2\); \(m_3 = \frac{-7 - (-1)}{5 - 2} = \frac{-6}{3} = -2\). Da die Steigung überall \(-2\) ist, liegen die Punkte auf einer Geraden. 2. Bestimmung der Funktionsgleichung: Die Steigung ist \(m = -2\). Einsetzen eines Punktes, z. B. \((2|-1)\), in \(y = mx + b\): \(-1 = -2 \cdot 2 + b \Rightarrow -1 = -4 + b \Rightarrow b = 3\). Die Gleichung lautet \(y = -2x + 3\). 3. Prüfung auf Proportionalität: Eine proportionale Zuordnung hat die Form \(y = kx\) (entspricht \(b=0\)). Da hier \(b=3\) ist (oder da \(\frac{11}{-4} \neq \frac{5}{-1}\)), ist die Zuordnung nicht proportional.

Antwort

a) Die Steigung zwischen allen Punkten ist konstant \(m = -2\), daher ist die Funktion linear. b) Die Funktionsgleichung lautet \(y = -2x + 3\). c) Die Zuordnung ist nicht proportional, da der \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 3 \neq 0\) ist bzw. die Quotienten \(\frac{y}{x}\) nicht konstant sind.
4132088
Eine lineare Funktion \(h\) schneidet die \(x\)-Achse bei \(x = 4\) und verläuft durch den Punkt \(P(-2 | 3)\). a) Ermittle die Funktionsgleichung von \(h\). b) Gib den Schnittpunkt des Graphen mit der \(y\)-Achse an. c) Vergleiche die Steigung von \(h\) mit der Funktion \(g(x) = -0{,}5x + 1\). Was stellst du fest?

Denkanstöße

- Welche Koordinaten hat ein Punkt, der auf der \(x\)-Achse liegt? - In welcher Form wird eine lineare Funktionsgleichung üblicherweise geschrieben? - Was sagt die Steigung über die Lage zweier Geraden zueinander aus?

Lösung

1. Identifikation der zwei Punkte: Der Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse ist \(N(4 | 0)\), der zweite Punkt ist \(P(-2 | 3)\). 2. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{3 - 0}{-2 - 4} = \frac{3}{-6} = -0{,}5\). 3. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts \(b\) durch Einsetzen von \(N(4 | 0)\) in \(y = -0{,}5x + b\): \(0 = -0{,}5 \cdot 4 + b \Rightarrow 0 = -2 + b \Rightarrow b = 2\). Die Gleichung ist \(h(x) = -0{,}5x + 2\). 4. Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse ist \(S_y(0 | 2)\); der \(y\)-Achsenabschnitt beträgt \(2\). 5. Vergleich der Steigungen: Die Steigung von \(h\) ist \(m = -0{,}5\). Die Steigung von \(g\) ist ebenfalls \(-0{,}5\). Da beide Funktionen die gleiche Steigung haben, verlaufen ihre Graphen parallel zueinander.

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(h(x) = -0{,}5x + 2\). b) Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse ist \(S_y(0 | 2)\); der \(y\)-Achsenabschnitt beträgt \(2\). c) Beide Funktionen haben die gleiche Steigung (\(m = -0{,}5\)), daher sind die Graphen parallel.
4132098
Gegeben ist die Gerade \(g\), die durch die Punkte \(A(-4 | -1)\) und \(B(2 | 2)\) verläuft. Eine zweite Gerade \(h\) hat denselben y-Achsenabschnitt wie \(g\), aber ihre Steigung ist genau doppelt so groß wie die von \(g\). a) Bestimme die Funktionsgleichungen beider Geraden. b) Berechne den Schnittpunkt der Geraden \(h\) mit der x-Achse.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst die vollständige Gleichung der ersten Geraden. - Welche Informationen über die zweite Gerade kannst du direkt aus der ersten ableiten? - Wie berechnet man den Schnittpunkt mit der x-Achse?

Lösung

1. Berechnung der Steigung von \(g\): \(m_g = \frac{2 - (-1)}{2 - (-4)} = \frac{3}{6} = 0{,}5\). 2. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(b\) für \(g\) durch Einsetzen von \(B(2 | 2)\): \(2 = 0{,}5 \cdot 2 + b \Rightarrow 2 = 1 + b \Rightarrow b = 1\). Somit ist \(g(x) = 0{,}5x + 1\). 3. Aufstellen der Gleichung für \(h\): Der y-Achsenabschnitt ist \(b = 1\). Die Steigung ist \(m_h = 2 \cdot 0{,}5 = 1\). Somit ist \(h(x) = 1x + 1\) bzw. \(h(x) = x + 1\). 4. Berechnung der Nullstelle von \(h\): \(0 = x + 1 \Rightarrow x = -1\). Der Schnittpunkt mit der x-Achse ist \((-1 | 0)\).

Antwort

a) Die Gleichungen lauten \(g(x) = 0{,}5x + 1\) und \(h(x) = x + 1\). b) Der Schnittpunkt von \(h\) mit der x-Achse liegt bei \((-1 | 0)\).
4132148
Betrachte zwei Geraden \(g\) und \(h\). Die Gerade \(g\) verläuft durch den Punkt \(P(-2 | 5)\) und hat die Steigung \(m = 2\). Die Gerade \(h\) verläuft durch den Koordinatenursprung und durch den Punkt \(Q(4 | 10)\). a) Ermittle für beide Geraden die Funktionsgleichung. b) Überprüfe rechnerisch, ob die beiden Geraden parallel zueinander verlaufen. c) Bestimme den Schnittpunkt der Geraden \(g\) mit der \(x\)-Achse.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte einer Geraden bekannt sind? - Welche Bedingung müssen die Steigungen zweier Geraden erfüllen, damit diese parallel sind? - Was bedeutet es für die Gleichung, wenn eine Gerade durch den Koordinatenursprung verläuft?

Lösung

1. Gerade \(g\): Einsetzen von \(m = 2\) und \(P(-2 | 5)\) in \(y = mx + n\): \(5 = 2 \cdot (-2) + n \Rightarrow 5 = -4 + n \Rightarrow n = 9\). Gleichung: \(y = 2x + 9\). 2. Gerade \(h\): Da sie durch den Ursprung geht, ist \(n = 0\). Steigung \(m = \frac{y_Q - 0}{x_Q - 0} = \frac{10}{4} = 2{,}5\). Gleichung: \(y = 2{,}5x\). 3. Vergleich der Steigungen: \(m_g = 2\) und \(m_h = 2{,}5\). Da \(m_g \neq m_h\), sind die Geraden nicht parallel. 4. Schnittpunkt von \(g\) mit der \(x\)-Achse (\(y = 0\)): \(0 = 2x + 9 \Rightarrow -9 = 2x \Rightarrow x = -4{,}5\). Ergebnis: \(S_x(-4{,}5 | 0)\).

Antwort

a) Gleichungen: \(g: y = 2x + 9\); \(h: y = 2{,}5x\) b) Die Geraden sind nicht parallel, da ihre Steigungen (\(2\) und \(2{,}5\)) unterschiedlich sind. c) Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse: \(S_x(-4{,}5 | 0)\)
4132208
Eine Gerade \(k\) verläuft durch die Punkte \(A(-2 \mid 4)\) und \(B(2 \mid 6)\). Eine zweite Gerade \(l\) ist parallel zu \(k\) und besitzt die Nullstelle \(x = 4\). Bestimme die Funktionsgleichungen beider Geraden.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung einer Geraden, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Welche Information steckt in der Angabe einer Nullstelle für die Koordinaten eines Punktes? - Wie verhalten sich die Steigungen paralleler Geraden zueinander?

Lösung

1. Steigung \(m_k\) der Geraden \(k\) berechnen: \(m_k = \frac{6 - 4}{2 - (-2)} = \frac{2}{4} = 0{,}5\). 2. \(y\)-Achsenabschnitt \(b_k\) ermitteln: Einsetzen von \(B(2 \mid 6)\) in \(y = 0{,}5x + b_k\) ergibt \(6 = 0{,}5 \cdot 2 + b_k \Rightarrow 6 = 1 + b_k \Rightarrow b_k = 5\). Gleichung \(k: y = 0{,}5x + 5\). 3. Steigung von \(l\) bestimmen: Wegen Parallelität gilt \(m_l = m_k = 0{,}5\). 4. \(y\)-Achsenabschnitt \(b_l\) berechnen: Die Nullstelle \(x = 4\) entspricht dem Punkt \((4 \mid 0)\). Einsetzen in \(y = 0{,}5x + b_l\) ergibt \(0 = 0{,}5 \cdot 4 + b_l \Rightarrow 0 = 2 + b_l \Rightarrow b_l = -2\). 5. Gleichung \(l: y = 0{,}5x - 2\).

Antwort

Die Gleichungen lauten \(k: y = 0{,}5x + 5\) und \(l: y = 0{,}5x - 2\).
4132218
Die Gerade \(f\) ist durch die Punkte \(R(-1 \mid 5)\) und \(S(2 \mid -4)\) festgelegt. Die Gerade \(g\) verläuft parallel zu \(f\) durch den Koordinatenursprung. Ermittle die Gleichungen beider Geraden und berechne den \(x\)-Wert des Punktes auf \(g\), dessen \(y\)-Koordinate \(-12\) beträgt.

Denkanstöße

- Erinnere dich an die Formel für die Steigung durch zwei Punkte. - Welche besonderen Koordinaten hat der Koordinatenursprung? - Wie gehst du vor, wenn ein Funktionswert (\(y\)-Wert) gegeben ist und das dazugehörige Argument (\(x\)-Wert) gesucht wird?

Lösung

1. Steigung \(m_f\) berechnen: \(m_f = \frac{-4 - 5}{2 - (-1)} = \frac{-9}{3} = -3\). 2. \(y\)-Achsenabschnitt \(b_f\) berechnen: Einsetzen von \(R(-1 \mid 5)\) in \(y = -3x + b_f\) ergibt \(5 = -3 \cdot (-1) + b_f \Rightarrow 5 = 3 + b_f \Rightarrow b_f = 2\). Gleichung \(f: y = -3x + 2\). 3. Gleichung für \(g\) aufstellen: Da \(g\) parallel zu \(f\) ist, gilt \(m_g = -3\). Da sie durch den Ursprung \((0 \mid 0)\) verläuft, ist \(b_g = 0\). Gleichung \(g: y = -3x\). 4. Gesuchten \(x\)-Wert berechnen: Setze \(y = -12\) in die Gleichung von \(g\) ein: \(-12 = -3x \Rightarrow x = 4\).

Antwort

Die Geradengleichungen sind \(f: y = -3x + 2\) und \(g: y = -3x\). Der gesuchte \(x\)-Wert ist \(4\).
4136958
Für eine lineare Gleichung mit zwei Variablen sind die Lösungen \((2 | 5)\) und \((-2 | 3)\) bekannt. a) Ermittle die zugehörige Gleichung in der Form \(y = mx + n\). b) Bestimme den fehlenden Wert \(y_P\), sodass das Zahlenpaar \((10 | y_P)\) ebenfalls eine Lösung dieser Gleichung ist.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Wenn du die Steigung kennst, wie findest du dann den Achsenabschnitt heraus? - Was musst du tun, um zu prüfen, welcher \(y\)-Wert zu einem bestimmten \(x\)-Wert passt?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) aus den beiden gegebenen Lösungen: \(m = \frac{3 - 5}{-2 - 2} = \frac{-2}{-4} = 0{,}5\). 2. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts \(n\) durch Einsetzen von \(m\) und eines Punktes (z. B. \((2 | 5)\)) in \(y = mx + n\): \(5 = 0{,}5 \cdot 2 + n \Rightarrow 5 = 1 + n \Rightarrow n = 4\). 3. Die Gleichung lautet \(y = 0{,}5x + 4\). 4. Einsetzen von \(x = 10\) in die ermittelte Gleichung zur Berechnung von \(y_P\): \(y_P = 0{,}5 \cdot 10 + 4 = 5 + 4 = 9\).

Antwort

a) Die Gleichung lautet \(y = 0{,}5x + 4\). b) Der gesuchte Wert ist \(y_P = 9\).
4137818
Eine Kerze brennt gleichmäßig ab. Zwei Stunden nach dem Anzünden hat sie noch eine Höhe von \(18\,\text{cm}\). Nach insgesamt fünf Stunden Brenndauer ist sie nur noch \(13{,}5\,\text{cm}\) hoch. a) Bestimme die Funktionsgleichung für die Höhe \(h(t)\) (in \(\text{cm}\)) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in \(\text{Stunden}\)). b) Gib die Bedeutung des \(y\)-Achsenabschnitts und der Steigung im Sachkontext an.

Denkanstöße

- Wie verändert sich die Höhe der Kerze innerhalb von drei Stunden? - Was bedeutet es für die Rechnung, dass die Kerze kleiner wird? - Welchen Wert hat die Zeit \(t\) zum Zeitpunkt des Anzündens?

Lösung

1. Aufstellen eines Gleichungssystems für die Form \(h(t) = mt + b\): I: \(2m + b = 18\) II: \(5m + b = 13{,}5\) 2. Subtraktion der Gleichungen zur Bestimmung der Steigung \(m\): \(3m = 13{,}5 - 18 = -4{,}5 \Rightarrow m = -1{,}5\) 3. Einsetzen von \(m = -1{,}5\) in Gleichung I zur Bestimmung von \(b\): \(2 \cdot (-1{,}5) + b = 18 \Rightarrow -3 + b = 18 \Rightarrow b = 21\) 4. Funktionsgleichung: \(h(t) = -1{,}5t + 21\) 5. Interpretation: Der \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 21\) gibt die Anfangshöhe der Kerze in \(\text{cm}\) an. Die Steigung \(m = -1{,}5\) gibt die Abbrenngeschwindigkeit an (die Kerze wird pro Stunde um \(1{,}5\,\text{cm}\) kürzer).

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(h(t) = -1{,}5t + 21\). b) Der \(y\)-Achsenabschnitt (\(21\)) ist die ursprüngliche Höhe der Kerze in \(\text{cm}\), die Steigung (\(-1{,}5\)) beschreibt die Abnahme der Höhe pro Stunde.
4137878
Gegeben sind zwei Geraden \(g_1\) und \(g_2\). Die Gerade \(g_1\) verläuft durch die Punkte \(A(0|2)\) und \(B(4|4)\). Die Gerade \(g_2\) hat die Steigung \(m = -1\) und verläuft durch den Punkt \(C(6|2)\). Bestimme rechnerisch die Funktionsgleichungen beider Geraden und ermittle anschließend die Koordinaten ihres Schnittpunkts.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung einer Geraden, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Nutze die Punktsteigungsform oder setze die gegebenen Werte in \(y = mx + b\) ein, um die fehlenden Größen zu finden. - Wenn du zwei Funktionsgleichungen hast, wie findet man dann die Stelle, an der sie denselben Wert haben?

Lösung

1. Bestimmung von \(g_1\): Der \(y\)-Achsenabschnitt ist durch \(A(0|2)\) gegeben als \(b_1 = 2\). Die Steigung ist \(m_1 = \frac{4 - 2}{4 - 0} = \frac{2}{4} = 0{,}5\). Gleichung: \(y = 0{,}5x + 2\). 2. Bestimmung von \(g_2\): Mit \(m_2 = -1\) und Punkt \(C(6|2)\) folgt \(2 = -1 \cdot 6 + b_2\), also \(b_2 = 8\). Gleichung: \(y = -x + 8\). 3. Gleichsetzen zur Bestimmung des Schnittpunkts: \(0{,}5x + 2 = -x + 8\). 4. Umformen: \(1{,}5x = 6 \implies x = 4\). 5. \(y\)-Wert berechnen: \(y = -4 + 8 = 4\). 6. Der Schnittpunkt liegt bei \(S(4|4)\).

Antwort

Die Gleichungen lauten \(g_1: y = 0{,}5x + 2\) und \(g_2: y = -x + 8\). Der Schnittpunkt ist \(S(4|4)\).
4139438
Die Graphen zweier linearer Funktionen \(p\) und \(q\) schneiden sich im Punkt \(S(4 \mid 2)\). Von der Geraden \(p\) ist die Gleichung \(p(x) = -0{,}5x + 4\) bekannt. Die Gerade \(q\) hat die Steigung \(m = 2\). a) Bestimme die vollständige Funktionsgleichung der Geraden \(q\). b) Gib die Gleichung einer Geraden \(r\) an, die parallel zur Geraden \(p\) verläuft und durch den Koordinatenursprung geht.

Denkanstöße

- Wenn du die Steigung und einen Punkt kennst, wie kannst du den fehlenden Teil der Gleichung finden? - Was haben parallele Geraden gemeinsam? - Welche Koordinaten hat der Koordinatenursprung?

Lösung

1. Bestimmung von \(q(x)\): Ansatz \(q(x) = 2x + n\). 2. Einsetzen des Punktes \(S(4 \mid 2)\) in den Ansatz: \(2 = 2 \cdot 4 + n\). 3. Berechnen des \(y\)-Achsenabschnitts: \(2 = 8 + n \Rightarrow n = -6\). Somit \(q(x) = 2x - 6\). 4. Bestimmung von \(r(x)\): Parallelität zu \(p\) bedeutet gleiche Steigung, also \(m_r = -0{,}5\). 5. Da \(r\) durch den Ursprung \((0 \mid 0)\) verläuft, ist der \(y\)-Achsenabschnitt \(0\). Somit \(r(x) = -0{,}5x\).

Antwort

a) Die Funktionsgleichung ist \(q(x) = 2x - 6\). b) Die Funktionsgleichung ist \(r(x) = -0{,}5x\).
4139618
Gegeben ist eine lineare Funktion, deren Graph durch die Punkte \(P(-2 \mid 7)\) und \(Q(4 \mid -5)\) verläuft. a) Ermittle die Funktionsgleichung. b) Bestimme den Schnittpunkt des Graphen mit der \(x\)-Achse. c) Liegt der Punkt \(R(1 \mid 1)\) auf der Geraden? Begründe deine Antwort durch eine Rechnung.

Denkanstöße

- Achte beim Berechnen der Steigung besonders auf die Vorzeichen im Nenner. - Welchen Wert hat die y-Koordinate immer, wenn ein Punkt auf der x-Achse liegt? - Wie prüft man allgemein, ob ein Punkt die Bedingung einer Funktionsgleichung erfüllt?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{-5 - 7}{4 - (-2)} = \frac{-12}{6} = -2\). 2. Bestimmung von \(b\): Einsetzen von \(P(-2 \mid 7)\) in \(y = -2x + b\) ergibt \(7 = -2 \cdot (-2) + b \Rightarrow 7 = 4 + b \Rightarrow b = 3\). Die Gleichung ist \(f(x) = -2x + 3\). 3. Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse: \(0 = -2x + 3 \Rightarrow 2x = 3 \Rightarrow x = 1{,}5\). Der Schnittpunkt ist \(S_x(1{,}5 \mid 0)\). 4. Punktprobe für \(R(1 \mid 1)\): Setze \(x = 1\) in die Gleichung ein: \(f(1) = -2 \cdot 1 + 3 = 1\). Da der berechnete y-Wert mit der Koordinate des Punktes \(R\) übereinstimmt, liegt der Punkt auf der Geraden.

Antwort

a) \(f(x) = -2x + 3\) b) Der Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse ist \(S_x(1{,}5 \mid 0)\). c) Ja, der Punkt \(R\) liegt auf der Geraden, da \(f(1)=1\) mit der \(y\)-Koordinate von \(R\) übereinstimmt.
4139628
Eine Gerade \(g\) hat die Funktionsgleichung \(g(x) = -2x + 4\). a) Berechne die Nullstelle von \(g\). b) Eine zweite Gerade \(h\) verläuft parallel zu \(g\) und geht durch den Punkt \(P(1 \mid 1)\). Bestimme die Funktionsgleichung von \(h\). c) Verläuft die Gerade \(h\) durch den Koordinatenursprung?

Denkanstöße

- Was weißt du über die Steigungen von zwei Geraden, die parallel zueinander verlaufen? - Welche Information aus der ersten Funktionsgleichung kannst du für die zweite Gerade übernehmen? - Wie gehst du vor, wenn du eine Steigung und einen Punkt gegeben hast, um die vollständige Gleichung zu finden?

Lösung

1. Nullstelle von \(g\): \(0 = -2x + 4 \Rightarrow 2x = 4 \Rightarrow x = 2\). 2. Bestimmung der Gleichung von \(h\): Da \(h\) parallel zu \(g\) ist, haben beide die gleiche Steigung \(m = -2\). 3. Bestimmung von \(b\) für \(h\): Einsetzen von \(P(1 \mid 1)\) in \(y = -2x + b\) ergibt \(1 = -2 \cdot 1 + b \Rightarrow 1 = -2 + b \Rightarrow b = 3\). Die Gleichung von \(h\) lautet \(h(x) = -2x + 3\). 4. Überprüfung des Ursprungs: Da der y-Achsenabschnitt von \(h\) den Wert \(3\) hat (und nicht \(0\)), verläuft die Gerade nicht durch den Ursprung.

Antwort

a) Die Nullstelle von \(g\) ist \(x = 2\). b) \(h(x) = -2x + 3\) c) Nein, die Gerade \(h\) verläuft nicht durch den Ursprung.
4140698
Eine Gerade verläuft durch die Punkte \(A(-4 | 1)\) und \(B(2 | 4)\). Berechne die Koordinaten des Schnittpunkts mit der x-Achse (\(S_x\)) und des Schnittpunkts mit der y-Achse (\(S_y\)).

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte gegeben sind? - Kannst du die allgemeine Geradengleichung \(y = mx + n\) nutzen, um den y-Achsenabschnitt zu finden? - Überlege dir, welche Koordinate an den Achsenschnittpunkten jeweils Null sein muss.

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\): Mit der Formel \(m = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A}\) ergibt sich \(m = \frac{4 - 1}{2 - (-4)} = \frac{3}{6} = 0{,}5\). 2. Berechnung des y-Achsenabschnitts \(n\): Einsetzen von Punkt \(B(2 | 4)\) in \(y = 0{,}5x + n\) liefert \(4 = 0{,}5 \cdot 2 + n\), woraus \(n = 3\) folgt. Die Funktionsgleichung lautet \(y = 0{,}5x + 3\). 3. Schnittpunkt mit der y-Achse: Aus \(n = 3\) folgt direkt \(S_y(0 | 3)\). 4. Schnittpunkt mit der x-Achse: Setze \(y = 0\) in die Gleichung \(0 = 0{,}5x + 3\). Umstellen ergibt \(0{,}5x = -3\), also \(x = -6\). Der Schnittpunkt ist \(S_x(-6 | 0)\).

Antwort

Der Schnittpunkt mit der x-Achse ist \(S_x(-6 | 0)\) und der Schnittpunkt mit der y-Achse ist \(S_y(0 | 3)\).
4140708
Gegeben ist eine Gerade \(g\) mit der Nullstelle \(x = 4\) und dem y-Achsenabschnitt \(n = -2\). Eine zweite Gerade \(h\) verläuft ebenfalls durch diese Nullstelle, hat aber eine doppelt so große Steigung wie \(g\). Ermittle die Funktionsgleichung von \(h\) und berechne ihren Schnittpunkt mit der y-Achse.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst die Steigung der ersten Geraden aus den gegebenen Achsenschnittpunkten. - Wie verändert sich die Steigung für die zweite Gerade laut Aufgabenstellung? - Beide Geraden teilen sich einen Punkt auf der x-Achse. Wie kannst du diesen nutzen?

Lösung

1. Berechnung der Steigung von \(g\): Die Gerade \(g\) verläuft durch \(S_x(4 | 0)\) und \(S_y(0 | -2)\). Die Steigung ist \(m_g = \frac{0 - (-2)}{4 - 0} = \frac{2}{4} = 0{,}5\). 2. Bestimmung der Steigung von \(h\): Da die Steigung doppelt so groß ist, gilt \(m_h = 2 \cdot 0{,}5 = 1\). 3. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(n_h\): Die Gerade \(h\) verläuft durch die Nullstelle \((4 | 0)\). Einsetzen in \(y = 1 \cdot x + n_h\) ergibt \(0 = 1 \cdot 4 + n_h\), also \(n_h = -4\). 4. Aufstellen der Funktionsgleichung: Die Gleichung für \(h\) lautet \(y = x - 4\). 5. Schnittpunkt mit der y-Achse: Aus \(n_h = -4\) ergibt sich der Punkt \(S_y(0 | -4)\).

Antwort

Die Funktionsgleichung von \(h\) lautet \(y = x - 4\). Der Schnittpunkt mit der y-Achse liegt bei \(S_y(0 | -4)\).
4152338
Gegeben ist eine lineare Funktion \(g\) mit der Gleichung \(g(x) = -\frac{2}{3}x + 4\). a) Eine weitere Gerade \(h\) verläuft parallel zu \(g\) und geht durch den Punkt \(P(6|2)\). Bestimme die Funktionsgleichung von \(h\). b) Berechne die Koordinaten des Schnittpunkts \(S\) der Geraden \(h\) mit der Geraden \(k(x) = x - 3\).

Denkanstöße

- Was muss für die Steigungen zweier paralleler Geraden gelten? - Wie nutzt du einen gegebenen Punkt, um den \(y\)-Achsenabschnitt zu bestimmen? - Welche Bedingung erfüllen die Funktionswerte am Schnittpunkt?

Lösung

1. Da \(h\) parallel zu \(g\) ist, gilt \(m_h = -\frac{2}{3}\). Einsetzen von \(P(6|2)\) in \(y = -\frac{2}{3}x + b\) ergibt \(2 = -\frac{2}{3} \cdot 6 + b\), also \(2 = -4 + b\) und damit \(b = 6\). Die Gleichung lautet \(h(x) = -\frac{2}{3}x + 6\). 2. Für den Schnittpunkt werden die Funktionsterme gleichgesetzt: \(-\frac{2}{3}x + 6 = x - 3\). 3. Umformen ergibt \(9 = \frac{5}{3}x\), also \(x = \frac{27}{5} = 5{,}4\). 4. Einsetzen in \(k\): \(y = 5{,}4 - 3 = 2{,}4\). Der Schnittpunkt ist \(S(5{,}4|2{,}4)\).

Antwort

a) \(h(x) = -\frac{2}{3}x + 6\) b) Der Schnittpunkt ist \(S(5{,}4|2{,}4)\).
4227128
Ein Techniker überwacht die Abkühlung einer Flüssigkeit in einem Behälter. Er notiert die folgenden Messwerte: <table> <tr> <td>Zeit \(t\) in \(\text{min}\)</td> <td>0</td><td>8</td><td>20</td> </tr> <tr> <td>Temperatur \(T\) in \(^\circ\text{C}\)</td> <td>90</td><td>74</td><td>50</td> </tr> </table> a) Zeige rechnerisch, dass die Temperaturabnahme in diesem Zeitraum durch eine lineare Funktion beschrieben werden kann. b) Bestimme die Funktionsgleichung der Form \(T(t) = mt + n\). c) Berechne die Temperatur der Flüssigkeit nach genau 15 Minuten. d) Wann erreicht die Flüssigkeit eine Temperatur von \(26\,^\circ\text{C}\), wenn man davon ausgeht, dass die Abkühlung linear weiter verläuft?

Denkanstöße

- Woran erkennt man bei einer Tabelle, ob eine Zuordnung linear ist? - Erinnere dich an die Formel für die Steigung \(m\) zwischen zwei Punkten. - Welcher Wert in der Tabelle entspricht dem Startwert \(n\) der Funktionsgleichung? - Setze für die letzte Teilaufgabe den Zielwert für die Temperatur in deine Gleichung ein und löse nach der Zeit auf.

Lösung

1. Überprüfung der Linearität durch Berechnung der Steigungen: - Zwischen \(0\) und \(8\,\text{min}\): \(m_1 = \frac{74 - 90}{8 - 0} = \frac{-16}{8} = -2\,^\circ\text{C}/\text{min}\) - Zwischen \(8\) und \(20\,\text{min}\): \(m_2 = \frac{50 - 74}{20 - 8} = \frac{-24}{12} = -2\,^\circ\text{C}/\text{min}\) - Da \(m_1 = m_2\), ist der Verlauf linear. 2. Aufstellen der Gleichung: Der \(y\)-Achsenabschnitt ist der Startwert bei \(t=0\), also \(n = 90\). Die Gleichung lautet \(T(t) = -2t + 90\). 3. Berechnung für \(t = 15\): \(T(15) = -2 \cdot 15 + 90 = -30 + 90 = 60\,^\circ\text{C}\). 4. Berechnung des Zeitpunktes für \(T = 26\): \(26 = -2t + 90\) \(-64 = -2t\) \(t = 32\,\text{min}\).

Antwort

a) Die Steigung ist in beiden Intervallen konstant \(-2\,^\circ\text{C}/\text{min}\), daher ist die Funktion linear. b) \(T(t) = -2t + 90\). c) Nach 15 Minuten beträgt die Temperatur \(60\,^\circ\text{C}\). d) Die Temperatur von \(26\,^\circ\text{C}\) wird nach \(32\,\text{min}\) erreicht.
4241988
Ein Smartphone-Akku hat einen Ladestand von \(12\,\%\). Er wird an ein Ladegerät angeschlossen, das den Ladestand pro Minute gleichmäßig um \(0{,}8\,\text{Prozentpunkte}\) erhöht. a) Gib eine Funktionsgleichung für den Ladestand \(L\) (in \(\,\%\)) nach \(t\) Minuten an. b) Ein zweites Ladegerät (Schnellladegerät) würde den Akku bei gleichem Startwert bereits nach genau \(80\) Minuten auf \(100\,\%\) aufladen. Bestimme die Ladegeschwindigkeit dieses Geräts in Prozentpunkten pro Minute. c) Wie viel Zeit (in Minuten) spart man mit dem Schnellladegerät insgesamt ein, um den Akku von \(12\,\%\) auf \(100\,\%\) zu bringen?

Denkanstöße

- Identifiziere den Startwert und die Rate, mit der sich der Wert erhöht. - Wie viele Prozentpunkte müssen insgesamt aufgeladen werden, um von \(12\,\%\) auf \(100\,\%\) zu kommen? - Für die Geschwindigkeit teile den gesamten Zuwachs durch die benötigte Zeit. - Berechne für beide Geräte die Zeit bis zur Vollladung und vergleiche die Ergebnisse.

Lösung

1. Funktionsgleichung für das erste Gerät: Startwert \(n = 12\), Steigung \(m = 0{,}8\). Die Gleichung lautet \(L(t) = 0{,}8t + 12\). 2. Ladegeschwindigkeit des Schnellladegeräts: Der Akku muss von \(12\,\%\) auf \(100\,\%\) geladen werden, also um \(100 - 12 = 88\) Prozentpunkte. Dies geschieht in \(t = 80\) Minuten. Die Steigung \(m_s\) berechnet sich durch \(\frac{88}{80} = 1{,}1\). Die Ladegeschwindigkeit beträgt \(1{,}1\,\text{Prozentpunkte pro Minute}\). 3. Zeitersparnis berechnen: Zuerst die Ladezeit des ersten Geräts für \(100\,\%\) bestimmen: \(100 = 0{,}8t + 12 \Rightarrow 88 = 0{,}8t \Rightarrow t = 110\,\text{Minuten}\). Die Differenz zur Ladezeit des Schnellladegeräts (\(80\,\text{Minuten}\)) beträgt \(110 - 80 = 30\,\text{Minuten}\).

Antwort

a) \(L(t) = 0{,}8t + 12\) b) \(1{,}1\,\text{Prozentpunkte pro Minute}\) c) Man spart \(30\,\text{Minuten}\).
4242028
Ein Heißluftballon befindet sich in einer Höhe von \(840\,\text{m}\) über dem Boden und beginnt mit dem Sinkflug. Die Höhe des Ballons nimmt dabei gleichmäßig um \(1{,}5\,\text{m}\) pro Sekunde ab. 1) Gib eine Funktionsgleichung an, welche die Höhe \(h\) (in Metern) in Abhängigkeit von der Zeit \(t\) (in Sekunden) darstellt. 2) In welcher Höhe befindet sich der Ballon nach \(4\) Minuten Sinkflug? 3) Berechne, nach welcher Zeit der Ballon den Boden erreicht. Gib das Ergebnis in Minuten und Sekunden an.

Denkanstöße

- Achte darauf, dass die Höhe abnimmt. Welches Vorzeichen hat die Änderungsrate? - Sind alle Zeitangaben in der gleichen Einheit? - Welchen Wert hat die Höhe, wenn der Ballon den Boden berührt? - Wie rechnet man Sekunden in Minuten und verbleibende Sekunden um?

Lösung

1. Aufstellen der Funktionsgleichung: Die Anfangshöhe ist \(840\,\text{m}\), die Änderungsrate beträgt \(-1{,}5\,\text{m/s}\). Die Gleichung lautet \(h(t) = 840 - 1{,}5t\). 2. Berechnung der Höhe nach \(4\) Minuten: Zuerst Umrechnung der Zeit in Sekunden: \(4 \cdot 60 = 240\,\text{s}\). Einsetzen in die Funktion: \(h(240) = 840 - 1{,}5 \cdot 240 = 840 - 360 = 480\). Die Höhe beträgt \(480\,\text{m}\). 3. Berechnung der Landezeit: Der Boden entspricht der Höhe \(h = 0\). Setze \(0 = 840 - 1{,}5t\). Umstellen ergibt \(1{,}5t = 840\). Division durch \(1{,}5\) liefert \(t = 560\,\text{s}\). 4. Umrechnung in Minuten: \(560 : 60 = 9\) Rest \(20\). Der Ballon landet nach \(9\) Minuten und \(20\) Sekunden.

Antwort

1) \(h(t) = 840 - 1{,}5t\) 2) Nach \(4\) Minuten ist der Ballon in \(480\,\text{m}\) Höhe. 3) Er erreicht den Boden nach \(560\) Sekunden (bzw. \(9\) Minuten und \(20\) Sekunden).
4242068
Betrachte die Gleichung: \(\frac{x + 2y}{3} - \frac{2x - y}{4} = 1\) a) Bringe die Gleichung in die Form \(ax + by = c\), wobei \(a, b\) und \(c\) ganze Zahlen sind. b) Stelle die Gleichung nach \(y\) um. c) Finde ein Lösungspaar \((x \mid y)\), bei dem sowohl \(x\) als auch \(y\) ganze Zahlen sind.

Denkanstöße

- Wie kannst du die Brüche eliminieren? Welcher gemeinsame Nenner bietet sich an? - Achte beim Auflösen der Klammern besonders auf das Minuszeichen vor dem zweiten Bruch. - Um eine ganzzahlige Lösung zu finden, muss der Zähler des Bruchs durch den Nenner ohne Rest teilbar sein. Probiere kleine Werte für \(x\) aus.

Lösung

1. Hauptnenner finden (\(12\)) und die gesamte Gleichung damit multiplizieren: \(4(x + 2y) - 3(2x - y) = 12\). 2. Klammern auflösen: \(4x + 8y - 6x + 3y = 12\). 3. Zusammenfassen zu \(ax + by = c\): \(-2x + 11y = 12\). 4. Nach \(y\) umstellen: \(11y = 2x + 12 \implies y = \frac{2x + 12}{11}\). 5. Ganzzahlige Lösung durch systematisches Probieren für \(x\) finden: Wenn \(x = 5\), dann ist \(y = \frac{2 \cdot 5 + 12}{11} = \frac{22}{11} = 2\). Ein ganzzahliges Paar ist \((5 \mid 2)\). Alternativ: Wenn \(x = -6\), dann ist \(y = \frac{-12 + 12}{11} = 0\). Ein weiteres Paar ist \((-6 \mid 0)\).

Antwort

a) \(-2x + 11y = 12\) b) \(y = \frac{2x + 12}{11}\) (oder \(y = \frac{2}{11}x + \frac{12}{11}\)) c) Ein mögliches ganzzahliges Paar ist \((5 \mid 2)\) oder \((-6 \mid 0)\).
4268698
Ein Auto fährt mit konstanter Geschwindigkeit auf der Autobahn. Nach \(20\,\text{Minuten}\) Fahrt zeigt der Kilometerzähler \(84\,\text{km}\) an, nach insgesamt \(50\,\text{Minuten}\) steht er bei \(135\,\text{km}\). Bestimme die Geschwindigkeit des Autos in \(\text{km/h}\) und berechne den Kilometerstand, den das Auto zu Beginn der Messung (\(t = 0\,\text{min}\)) hatte.

Denkanstöße

- Welche mathematische Struktur beschreibt eine gleichmäßige Änderung? - Wie kannst du die Änderung der Werte pro Zeiteinheit bestimmen? - Könnte ein Gleichungssystem mit zwei Unbekannten (Anfangswert und Änderungsrate) hilfreich sein? - Achte auf die Einheiten: Wie rechnet man von Kilometern pro Minute in Kilometer pro Stunde um?

Lösung

1. Aufstellen eines linearen Gleichungssystems mit der Geschwindigkeit \(v\) in \(\text{km/min}\) und dem Anfangskilometerstand \(s_0\): \(20v + s_0 = 84\) und \(50v + s_0 = 135\). 2. Subtraktion der ersten von der zweiten Gleichung zur Elimination von \(s_0\): \(30v = 51\). 3. Berechnung der Geschwindigkeit: \(v = 1{,}7\,\text{km/min}\). 4. Umrechnung in \(\text{km/h}\): \(1{,}7 \cdot 60 = 102\,\text{km/h}\). 5. Einsetzen von \(v\) in die erste Gleichung zur Bestimmung von \(s_0\): \(20 \cdot 1{,}7 + s_0 = 84 \implies 34 + s_0 = 84 \implies s_0 = 50\,\text{km}\).

Antwort

Die Geschwindigkeit des Autos beträgt \(102\,\text{km/h}\) und der Kilometerstand zu Beginn der Messung war \(50\,\text{km}\).
4321898
In der folgenden Abbildung sind die Graphen von drei linearen Funktionen \(f\), \(g\) und \(h\) in einem Koordinatensystem dargestellt. Bestimme für jeden der drei Graphen die zugehörige Funktionsgleichung in der Form \(y = mx + b\) oder mit der jeweils passenden Funktionsbezeichnung \(f(x)\), \(g(x)\) bzw. \(h(x)\).
Abbildung zur Aufgabe 432189

Denkanstöße

- Wie kannst du den Schnittpunkt eines Graphen mit der vertikalen Achse (der \(y\)-Achse) nutzen, um einen Teil der Funktionsgleichung direkt abzulesen? - Erinnere dich daran, wie man mit einem Steigungsdreieck die Steigung bestimmt: Welchen Wert erhältst du, wenn du den Höhenunterschied durch den Breitenunterschied teilst? - Achte auf das Vorzeichen der Steigung: Fällt der Graph von links nach rechts oder steigt er an? - Wähle für das Steigungsdreieck am besten Punkte aus, die genau auf den Gitterkreuzungen liegen.

Lösung

Um die Funktionsgleichungen zu bestimmen, liest man für jeden Graphen den \(y\)-Achsenabschnitt \(b\) (Schnittpunkt mit der vertikalen Achse) und die Steigung \(m\) (mithilfe eines Steigungsdreiecks) ab: 1. **Graph \(f\):** - Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \((0 \mid -1)\), also ist \(b = -1\). - Ein Steigungsdreieck von \((0 \mid -1)\) zu \((1 \mid 1)\) zeigt: Geht man \(1\) Einheit nach rechts, steigt der Graph um \(2\) Einheiten nach oben. Die Steigung ist \(m = \frac{2}{1} = 2\). - Die Funktionsgleichung lautet: \(f(x) = 2x - 1\) (oder \(y = 2x - 1\)). 2. **Graph \(g\):** - Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \((0 \mid 2)\), also ist \(b = 2\). - Ein Steigungsdreieck von \((0 \mid 2)\) zu \((2 \mid 1)\) zeigt: Geht man \(2\) Einheiten nach rechts, fällt der Graph um \(1\) Einheit nach unten. Die Steigung ist \(m = -\frac{1}{2} = -0{,}5\). - Die Funktionsgleichung lautet: \(g(x) = -0{,}5x + 2\) (oder \(g(x) = -\frac{1}{2}x + 2\)). 3. **Graph \(h\):** - Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \((0 \mid 1)\), also ist \(b = 1\). - Ein Steigungsdreieck von \((0 \mid 1)\) zu \((3 \mid 2)\) zeigt: Geht man \(3\) Einheiten nach rechts, steigt der Graph um \(1\) Einheit nach oben. Die Steigung ist \(m = \frac{1}{3}\). - Die Funktionsgleichung lautet: \(h(x) = \frac{1}{3}x + 1\).

Antwort

Die Funktionsgleichungen lauten \(f(x) = 2x - 1\), \(g(x) = -0{,}5x + 2\) (oder \(g(x) = -\frac{1}{2}x + 2\)) und \(h(x) = \frac{1}{3}x + 1\).
4321908
Ein großer Wassertank wird gleichmäßig entleert. Das folgende Diagramm zeigt das verbleibende Wasservolumen \(V\) im Tank (in Litern, \(\text{l}\)) in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit \(t\) (in Minuten, \(\text{min}\)). a) Lies zwei geeignete Punkte aus dem Graphen ab und berechne mithilfe des Steigungsdreiecks die Steigung \(m\) der Geraden. Gib an, was diese Steigung im Sachkontext bedeutet. b) Bestimme den \(y\)-Achsenabschnitt \(b\) aus dem Graphen und gib die Funktionsgleichung der Geraden in der Form \(V(t) = mt + b\) an. c) Berechne, nach wie vielen Minuten der Wassertank komplett leer ist.
Abbildung zur Aufgabe 432190

Denkanstöße

- Wie kannst du Punkte auf dem Graphen finden, die genau auf den Gitterkreuzungen liegen? - Erinnere dich daran, wie man die Steigung einer Geraden mithilfe von zwei Punkten berechnet. Was gibt der Unterschied der Funktionswerte geteilt durch den Unterschied der Argumente an? - Welcher Wert auf der vertikalen Achse stellt den Startwert zum Zeitpunkt \(t = 0\) dar? - Wie hängen die Steigung und der Startwert mit der allgemeinen Form einer linearen Funktionsgleichung zusammen? - Welchen Wert muss das Wasservolumen haben, wenn der Tank komplett leer ist? Wie kannst du diesen Wert in deine Funktionsgleichung einsetzen?

Lösung

1. Ablesen zweier Punkte auf den Gitterkreuzungen, zum Beispiel \(P_1(0 \mid 250)\) und \(P_2(5 \mid 150)\). 2. Berechnung der Steigung \(m\) als Verhältnis der Differenzen der \(y\)- und \(x\)-Werte: \(m = \frac{150 - 250}{5 - 0} = \frac{-100}{5} = -20\,\frac{\text{l}}{\text{min}}\). Im Sachzusammenhang bedeutet die Steigung, dass pro Minute \(20\,\text{l}\) Wasser aus dem Tank abfließen. 3. Ablesen des Schnittpunkts mit der vertikalen Achse bei \(y = 250\), woraus sich der \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 250\) ergibt. Dies entspricht der anfänglichen Wassermenge im Tank. 4. Aufstellen der linearen Funktionsgleichung: \(V(t) = -20t + 250\). 5. Bestimmung der Entleerungszeit durch Gleichsetzen der Funktion mit Null: \(-20t + 250 = 0 \implies 20t = 250 \implies t = 12{,}5\). Der Tank ist somit nach \(12{,}5\,\text{Minuten}\) leer.

Antwort

a) Die Steigung beträgt \(m = -20\,\frac{\text{l}}{\text{min}}\). Das bedeutet, dass pro Minute \(20\,\text{l}\) Wasser aus dem Tank abfließen (Entleerungsrate von \(20\,\text{l/min}\)). b) Der \(y\)-Achsenabschnitt ist \(b = 250\). Die Funktionsgleichung lautet \(V(t) = -20t + 250\). c) Der Wassertank ist nach \(12{,}5\,\text{Minuten}\) komplett leer.
4322108
Gegeben sind die beiden Geraden \(f\) und \(g\) im Koordinatensystem sowie die Punkte \(P\) und \(Q\). a) Bestimme die Funktionsgleichungen der Geraden \(f\) und \(g\). b) Eine weitere Gerade \(h\) verläuft parallel zu \(f\) und geht durch den Punkt \(P\). Bestimme die Funktionsgleichung von \(h\). c) Ermittle die Funktionsgleichung der Geraden \(k\), die durch die Punkte \(P\) und \(Q\) verläuft.
Abbildung zur Aufgabe 432210

Denkanstöße

- Wie kannst du den \(y\)-Achsenabschnitt einer Geraden direkt aus der Abbildung ablesen? - Wie bestimmt man die Steigung einer Geraden mithilfe eines Steigungsdreiecks? - Welche Eigenschaft haben die Steigungen von zwei Geraden, die parallel zueinander verlaufen? - Wenn eine Gerade durch zwei Punkte verläuft, wie berechnest du zuerst die Steigung und anschließend den \(y\)-Achsenabschnitt?

Lösung

1. Bestimmung der Funktionsgleichung von \(f\): - Der \(y\)-Achsenabschnitt ist bei \(y = 2\), also \(n = 2\). - Steigung mit dem Punkt \((3 \mid 3)\): \(m = \frac{3 - 2}{3 - 0} = \frac{1}{3}\). - Gleichung: \(f(x) = \frac{1}{3}x + 2\). 2. Bestimmung der Funktionsgleichung von \(g\): - Der \(y\)-Achsenabschnitt ist bei \(y = -1\), also \(n = -1\). - Steigung mit dem Punkt \((2 \mid -2)\): \(m = \frac{-2 - (-1)}{2 - 0} = -\frac{1}{2}\). - Gleichung: \(g(x) = -\frac{1}{2}x - 1\) (oder \(g(x) = -0{,}5x - 1\)). 3. Bestimmung der Gleichung von \(h\): - Da \(h \parallel f\), gilt \(m_h = \frac{1}{3}\). - Punktprobe mit \(P(-3 \mid 3)\) in \(h(x) = \frac{1}{3}x + n\): \(3 = \frac{1}{3} \cdot (-3) + n \implies 3 = -1 + n \implies n = 4\). - Gleichung: \(h(x) = \frac{1}{3}x + 4\). 4. Bestimmung der Gleichung von \(k\): - Steigung durch \(P(-3 \mid 3)\) und \(Q(1 \mid -1)\): \(m_k = \frac{-1 - 3}{1 - (-3)} = \frac{-4}{4} = -1\). - Punktprobe mit \(Q(1 \mid -1)\) in \(k(x) = -x + n\): \(-1 = -1 + n \implies n = 0\). - Gleichung: \(k(x) = -x\).

Antwort

a) \(f(x) = \frac{1}{3}x + 2\) und \(g(x) = -\frac{1}{2}x - 1\) b) \(h(x) = \frac{1}{3}x + 4\) c) \(k(x) = -x\)
4322118
Im folgenden Koordinatensystem sind die Graphen zweier linearer Funktionen \(f\) und \(g\) dargestellt. a) Bestimme die Funktionsgleichungen der beiden Geraden \(f\) und \(g\). b) Berechne den Schnittpunkt \(S\) der beiden Geraden. c) Überprüfe rechnerisch, ob der Punkt \(P(8 \mid 5)\) auf der Geraden \(f\) liegt und ob der Punkt \(Q(-2 \mid 5)\) auf der Geraden \(g\) liegt.
Abbildung zur Aufgabe 432211

Denkanstöße

- Wie kannst du den Schnittpunkt einer Geraden mit der y-Achse direkt aus der Zeichnung ablesen? - Wie hilft dir ein Steigungsdreieck dabei, die Steigung einer Geraden zu bestimmen? - Welchen Ansatz nutzt man, um den Schnittpunkt zweier Funktionsgraphen rechnerisch zu bestimmen? - Wie prüft man durch Einsetzen der Koordinaten, ob ein Punkt auf dem Graphen einer Funktion liegt?

Lösung

1. **Funktionsgleichung von \(f\)**: Der \(y\)-Achsenabschnitt liegt bei \(y = 1\). Mit dem Steigungsdreieck von \((0 \mid 1)\) zu \((2 \mid 2)\) ergibt sich die Steigung \(m_f = \frac{2 - 1}{2 - 0} = 0{,}5\). Somit gilt \(f(x) = 0{,}5x + 1\). 2. **Funktionsgleichung von \(g\)**: Der \(y\)-Achsenabschnitt liegt bei \(y = 4\). Mit dem Steigungsdreieck von \((0 \mid 4)\) zu \((1 \mid 3)\) ergibt sich die Steigung \(m_g = \frac{3 - 4}{1 - 0} = -1\). Somit gilt \(g(x) = -x + 4\). 3. **Schnittpunkt \(S\)**: Gleichsetzen der Funktionen: \(0{,}5x + 1 = -x + 4 \implies 1{,}5x = 3 \implies x = 2\). Einsetzen von \(x = 2\) in \(g(x)\) liefert \(y = -2 + 4 = 2\). Der Schnittpunkt ist \(S(2 \mid 2)\). 4. **Punktprobe für \(P(8 \mid 5)\)**: Einsetzen in \(f\): \(f(8) = 0{,}5 \cdot 8 + 1 = 5\). Da \(5 = 5\), liegt \(P\) auf \(f\). 5. **Punktprobe für \(Q(-2 \mid 5)\)**: Einsetzen in \(g\): \(g(-2) = -(-2) + 4 = 6\). Da \(6 \neq 5\), liegt \(Q\) nicht auf \(g\).

Antwort

a) \(f(x) = 0{,}5x + 1\) und \(g(x) = -x + 4\) b) \(S(2 \mid 2)\) c) Der Punkt \(P(8 \mid 5)\) liegt auf der Geraden \(f\). Der Punkt \(Q(-2 \mid 5)\) liegt nicht auf der Geraden \(g\).
4322138
In dem unten abgebildeten Koordinatensystem wurden für die \(x\)-Achse und die \(y\)-Achse unterschiedliche Einteilungen gewählt. a) Bestimme die Funktionsgleichung der dargestellten linearen Funktion \(g\). b) Berechne den Funktionswert \(g(6)\) rechnerisch und überprüfe dein Ergebnis, indem du den entsprechenden Punkt auf dem Graphen abliest.
Abbildung zur Aufgabe 432213

Denkanstöße

- Kannst du das Diagramm mit eigenen Worten beschreiben? - Achte genau auf die Skalierung der beiden Achsen. Welchen Wert stellt ein einzelnes Kästchen auf der horizontalen Achse und welchen auf der vertikalen Achse dar? - Welche Koordinaten haben die Punkte, an denen die Gerade die Achsen schneidet? - Wie berechnet man die Steigung einer Geraden, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Wie kannst du den y-Achsenabschnitt direkt aus dem Graphen ablesen?

Lösung

1. **Punkte ablesen**: Aus dem Graphen lassen sich markante Punkte ablesen, bei denen die Gerade genau durch die Gitterkreuzungen verläuft. Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \(S_y(0 \mid 10)\) und der Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse liegt bei \(N(-2 \mid 0)\). 2. **y-Achsenabschnitt bestimmen**: Da der Graph die \(y\)-Achse bei \(10\) schneidet, ist der \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 10\). 3. **Steigung berechnen**: Die Steigung \(m\) wird mit der Formel für die Steigung zwischen zwei Punkten berechnet: \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \frac{10 - 0}{0 - (-2)} = \frac{10}{2} = 5\) Die Funktionsgleichung lautet somit \(g(x) = 5x + 10\). 4. **Funktionswert berechnen**: Setzt man \(x = 6\) in die ermittelte Funktionsgleichung ein, so erhält man: \(g(6) = 5 \cdot 6 + 10 = 30 + 10 = 40\) 5. **Überprüfung am Graphen**: Sucht man auf der \(x\)-Achse die Stelle \(6\) und geht senkrecht nach oben zum Graphen, so liest man auf der \(y\)-Achse den Wert \(40\) ab. Das rechnerische Ergebnis stimmt mit dem Graphen überein.

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(g(x) = 5x + 10\) (oder \(y = 5x + 10\)). b) Der berechnete Funktionswert ist \(g(6) = 40\).
4322368
Im abgebildeten Koordinatensystem sind zwei Geraden \(f\) (blau) und \(g\) (rot) dargestellt. a) Bestimme für beide Geraden die Funktionsgleichung in der Form \(y = mx + b\). b) Bringe die beiden Gleichungen jeweils in die Form \(ax + by = c\), wobei \(a\), \(b\) und \(c\) ganze Zahlen sind und \(a > 0\) gilt. c) Berechne rechnerisch die Koordinaten des Schnittpunkts \(S\) der beiden Geraden.
Abbildung zur Aufgabe 432236

Denkanstöße

- Wie liest man den y-Achsenabschnitt einer Geraden aus einem Koordinatensystem ab? - Wie berechnet man die Steigung einer Geraden, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Welche Rechenschritte sind nötig, um eine Gleichung so umzuformen, dass alle Variablen auf einer Seite stehen und alle Koeffizienten ganzzahlig sind? - Wie bestimmt man rechnerisch den Schnittpunkt zweier Funktionsgraphen?

Lösung

1. Bestimmung der Funktionsgleichung für die Gerade \(f\): - Ablesen des y-Achsenabschnitts: Die Gerade \(f\) schneidet die y-Achse bei \((0 \mid -2)\), also ist \(b = -2\). - Ablesen eines weiteren Punktes auf der Geraden, z. B. \(P(2 \mid 1)\). - Berechnung der Steigung: \(m = \frac{1 - (-2)}{2 - 0} = 1{,}5\). - Die Funktionsgleichung lautet somit: \(y = 1{,}5x - 2\). 2. Bestimmung der Funktionsgleichung für die Gerade \(g\): - Ablesen des y-Achsenabschnitts: Die Gerade \(g\) schneidet die y-Achse bei \((0 \mid 3)\), also ist \(b = 3\). - Ablesen eines weiteren Punktes auf der Geraden, z. B. \(Q(2 \mid 1)\). - Berechnung der Steigung: \(m = \frac{1 - 3}{2 - 0} = -1\). - Die Funktionsgleichung lautet somit: \(y = -x + 3\). 3. Umformung in die Form \(ax + by = c\): - Für \(f\): \(y = 1{,}5x - 2 \quad \mid -1{,}5x\) \(-1{,}5x + y = -2 \quad \mid \cdot (-2)\) \(3x - 2y = 4\) - Für \(g\): \(y = -x + 3 \quad \mid +x\) \(x + y = 3\) 4. Berechnung des Schnittpunkts \(S\): - Gleichsetzen der beiden Funktionsgleichungen: \(1{,}5x - 2 = -x + 3 \quad \mid +x\) \(2{,}5x - 2 = 3 \quad \mid +2\) \(2{,}5x = 5 \quad \mid : 2{,}5\) \(x = 2\) - Einsetzen von \(x = 2\) in \(g(x)\): \(y = -2 + 3 = 1\) - Der Schnittpunkt ist \(S(2 \mid 1)\).

Antwort

a) \(f: y = 1{,}5x - 2\); \(g: y = -x + 3\) b) \(f: 3x - 2y = 4\); \(g: x + y = 3\) c) \(S(2 \mid 1)\)
4332588
Bestimme für die beiden dargestellten Geraden \(f\) und \(h\) jeweils die Funktionsgleichung. Nutze dazu das Steigungsdreieck und den Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse.
Abbildung zur Aufgabe 433258

Denkanstöße

- Beginne bei jeder Geraden damit, den Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse zu finden. - Für die Steigung suchst du dir am besten Punkte aus, deren Koordinaten ganze Zahlen sind. - Überlege dir: Wenn ich eine bestimmte Anzahl an Einheiten nach rechts gehe, wie viele Einheiten muss ich dann nach oben oder unten gehen? - Achte darauf, ob die Gerade steigt oder fällt, um das richtige Vorzeichen für die Steigung zu wählen.

Lösung

1. Gerade \(f\) (rot): - Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \(y = 4\), also ist \(c_f = 4\). - Für die Steigung \(m_f\) wählen wir zwei Punkte, z.B. \((0 \mid 4)\) und \((1 \mid 1)\). - \(m_f = \frac{1 - 4}{1 - 0} = -3\). - Gleichung für \(f\): \(f(x) = -3x + 4\). 2. Gerade \(h\) (blau): - Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse liegt bei \(y = -3\), also ist \(c_h = -3\). - Für die Steigung \(m_h\) wählen wir zwei Punkte, z.B. \((0 \mid -3)\) und \((5 \mid -1)\). - \(m_h = \frac{-1 - (-3)}{5 - 0} = \frac{2}{5} = 0{,}4\). - Gleichung für \(h\): \(h(x) = 0{,}4x - 3\).

Antwort

Die Funktionsgleichungen lauten \(f(x) = -3x + 4\) und \(h(x) = 0{,}4x - 3\).
4332608
Ein linearer Funktionsgraph verläuft durch einen gegebenen Punkt \(P\) und hat eine vorgegebene Steigung \(m\). Berechne den \(y\)-Achsenabschnitt \(b\) und stelle die Funktionsgleichung auf. a) \(P(2 \mid 5)\), \(m = -2\) b) \(P(-4 \mid -1)\), \(m = 0{,}5\) c) \(P(3 \mid 0)\), \(m = \frac{4}{3}\) d) \(P(0 \mid -2{,}5)\), \(m = -1{,}5\) Zur Veranschaulichung ist der Graph zu Aufgabenteil b) im Koordinatensystem dargestellt.
Abbildung zur Aufgabe 433260

Denkanstöße

- Die allgemeine Formel für eine lineare Funktion ist \(y = mx + b\). - Du kennst die Steigung \(m\) und die Koordinaten \(x\) und \(y\) eines Punktes. Setze diese in die Formel ein. - Löse die entstandene Gleichung nach der einzigen Unbekannten \(b\) auf. - Wenn die \(x\)-Koordinate eines Punktes Null ist, kannst du den \(y\)-Achsenabschnitt sofort ablesen.

Lösung

Allgemeiner Ansatz: \(y = mx + b\). 1. Lösung für a): Einsetzen von \(m = -2\) und \(P(2 \mid 5)\): \(5 = -2 \cdot 2 + b \Rightarrow 5 = -4 + b \Rightarrow b = 9\). Gleichung: \(y = -2x + 9\). 2. Lösung für b): Einsetzen von \(m = 0{,}5\) und \(P(-4 \mid -1)\): \(-1 = 0{,}5 \cdot (-4) + b \Rightarrow -1 = -2 + b \Rightarrow b = 1\). Gleichung: \(y = 0{,}5x + 1\). 3. Lösung für c): Einsetzen von \(m = \frac{4}{3}\) und \(P(3 \mid 0)\): \(0 = \frac{4}{3} \cdot 3 + b \Rightarrow 0 = 4 + b \Rightarrow b = -4\). Gleichung: \(y = \frac{4}{3}x - 4\). 4. Lösung für d): Da der Punkt \(P(0 \mid -2{,}5)\) auf der \(y\)-Achse liegt, ist \(b = -2{,}5\) direkt gegeben. Gleichung: \(y = -1{,}5x - 2{,}5\).

Antwort

a) \(y = -2x + 9\) b) \(y = 0{,}5x + 1\) c) \(y = \frac{4}{3}x - 4\) d) \(y = -1{,}5x - 2{,}5\)
4332658
In dem Koordinatensystem sind vier Geraden dargestellt, die alle durch denselben Punkt \(P\) verlaufen. a) Bestimme die Koordinaten des gemeinsamen Punktes \(P\). b) Ermittle für jede der vier Geraden die Funktionsgleichung. c) Wie lautet die Funktionsgleichung einer fünften Geraden \(h_5\), die ebenfalls durch \(P\) geht, aber parallel zur \(x\)-Achse verläuft?
Abbildung zur Aufgabe 433265

Denkanstöße

- Wo treffen sich alle Linien? Lies die Koordinaten dieses Punktes ab. - Wenn ein Punkt auf der \(y\)-Achse liegt, ist sein \(x\)-Wert immer 0. - Alle diese Funktionen haben denselben \(y\)-Achsenabschnitt \(c\). Du musst also nur noch die Steigungen \(m\) bestimmen. - Überlege für Teilaufgabe c), welche Steigung eine waagerechte Linie hat.

Lösung

1. Aus dem Graphen ist ersichtlich, dass sich alle Geraden auf der \(y\)-Achse bei \(-2\) schneiden. Der Punkt ist somit \(P(0 \mid -2)\). 2. Da alle Geraden durch \(P(0 \mid -2)\) gehen, ist ihr \(y\)-Achsenabschnitt \(c = -2\). Die Steigungen \(m\) werden mit Steigungsdreiecken bestimmt: - \(h_1\) (blau): Geht durch \((1 \mid 0)\). Steigung \(m = \frac{0 - (-2)}{1 - 0} = 2\). Gleichung: \(y = 2x - 2\). - \(h_2\) (rot): Geht durch \((2 \mid -4)\). Steigung \(m = \frac{-4 - (-2)}{2 - 0} = -1\). Gleichung: \(y = -x - 2\). - \(h_3\) (grün): Geht durch \((2 \mid -1)\). Steigung \(m = \frac{-1 - (-2)}{2 - 0} = 0{,}5\). Gleichung: \(y = 0{,}5x - 2\). - \(h_4\) (orange): Geht durch \((1 \mid -5)\). Steigung \(m = \frac{-5 - (-2)}{1 - 0} = -3\). Gleichung: \(y = -3x - 2\). 3. Eine Gerade parallel zur \(x\)-Achse hat die Steigung \(m = 0\). Da sie durch \(P(0 \mid -2)\) geht, muss ihr Funktionswert überall \(-2\) sein. Gleichung: \(y = -2\).

Antwort

a) \(P(0 \mid -2)\) b) \(h_1: y = 2x - 2\); \(h_2: y = -x - 2\); \(h_3: y = 0{,}5x - 2\); \(h_4: y = -3x - 2\) c) \(h_5: y = -2\)
4332668
Gegeben ist der Punkt \(A(0 \mid 1{,}5)\). a) Bestimme die Funktionsgleichungen der drei dargestellten Geraden \(g_1\), \(g_2\) und \(g_3\), die alle durch den Punkt \(A\) verlaufen. b) Welchen gemeinsamen Parameter haben die Funktionsterme dieser Geraden in der Form \(y = mx + c\)? c) Gib den Funktionsterm einer weiteren Geraden \(g_4\) an, die ebenfalls durch \(A\) verläuft und eine negative Steigung besitzt, die betragsmäßig kleiner ist als die Steigung von \(g_1\).
Abbildung zur Aufgabe 433266

Denkanstöße

- Da alle Geraden durch denselben Punkt auf der \(y\)-Achse gehen, haben sie denselben Startwert \(c\). - Für die Steigung \(m\) kannst du vom Punkt \(A\) aus ein Kästchen nach rechts gehen und schauen, wie weit du nach oben oder unten gehen musst. - „Betragsmäßig kleiner“ bedeutet bei einer negativen Zahl, dass sie näher an der Null liegt (also „weniger steil“ abfällt).

Lösung

1. Da alle Geraden durch \(A(0 \mid 1{,}5)\) verlaufen, ist ihr \(y\)-Achsenabschnitt \(c = 1{,}5\). 2. Bestimmung der Steigungen: - \(g_1\) (lila): Geht durch \((1 \mid -0{,}5)\). Steigung \(m = \frac{-0{,}5 - 1{,}5}{1 - 0} = -2\). Gleichung: \(y = -2x + 1{,}5\). - \(g_2\) (blau): Geht durch \((1 \mid 2)\). Steigung \(m = \frac{2 - 1{,}5}{1 - 0} = 0{,}5\). Gleichung: \(y = 0{,}5x + 1{,}5\). - \(g_3\) (grau): Verläuft horizontal. Steigung \(m = 0\). Gleichung: \(y = 1{,}5\). 3. Gemeinsamer Parameter: Der \(y\)-Achsenabschnitt \(c = 1{,}5\) ist bei allen gleich. 4. Gesucht ist \(g_4\) mit \(y = mx + 1{,}5\) und \(-2 < m < 0\). Ein Beispiel wäre \(m = -1\), also \(y = -x + 1{,}5\).

Antwort

a) \(g_1: y = -2x + 1{,}5\); \(g_2: y = 0{,}5x + 1{,}5\); \(g_3: y = 1{,}5\) b) Der \(y\)-Achsenabschnitt \(c = 1{,}5\) ist identisch. c) Beispiel: \(y = -x + 1{,}5\) (Jedes \(m\) mit \(-2 < m < 0\) ist korrekt).
4332728
Im Bild siehst du die Graphen von vier verschiedenen Geraden \(h_1\) bis \(h_4\). Ermittle für jede Gerade die zugehörige Funktionsgleichung.
Abbildung zur Aufgabe 433272

Denkanstöße

- Kannst du für jede Gerade einen Punkt auf der \(y\)-Achse finden? - Wenn eine Gerade durch den Ursprung geht, wie sieht dann ihre Gleichung aus? - Wie verhält sich der Funktionswert bei einer waagerechten Geraden? - Berechne die Steigung mit der Formel \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}\).

Lösung

1. Gerade \(h_1\): Verläuft durch den Ursprung \((0 \mid 0)\) und den Punkt \((4 \mid 1)\). Die Steigung ist \(m = \frac{1}{4} = 0{,}25\). Gleichung: \(y = 0{,}25x\). 2. Gerade \(h_2\): Der \(y\)-Achsenabschnitt liegt bei \(b = 4\). Sie verläuft durch \((4 \mid 2)\). Steigung \(m = \frac{2 - 4}{4 - 0} = -0{,}5\). Gleichung: \(y = -0{,}5x + 4\). 3. Gerade \(h_3\): Es handelt sich um eine waagerechte Gerade, die die \(y\)-Achse bei \(-3\) schneidet. Die Steigung ist \(0\). Gleichung: \(y = -3\). 4. Gerade \(h_4\): Der \(y\)-Achsenabschnitt ist \(b = 4\). Sie verläuft durch \((-2 \mid 0)\). Steigung \(m = \frac{4 - 0}{0 - (-2)} = 2\). Gleichung: \(y = 2x + 4\).

Antwort

Die Geradengleichungen sind \(h_1: y = 0{,}25x\), \(h_2: y = -0{,}5x + 4\), \(h_3: y = -3\) und \(h_4: y = 2x + 4\).
4332748
Eine Kerze hat zu Beginn eine Höhe von \(80\,\text{mm}\). Sobald sie angezündet wird, verringert sich ihre Höhe \(h\) (in Millimetern) gleichmäßig mit der Brenndauer \(t\) (in Stunden). a) Stelle die Funktionsgleichung der linearen Funktion \(h(t)\) auf. Achte dabei auf die Einheiten und die Skalierung der Achsen im Diagramm. b) Berechne die Höhe der Kerze nach einer Brenndauer von \(12\,\text{h}\) und kontrolliere diesen Wert mithilfe des Graphen.
Abbildung zur Aufgabe 433274

Denkanstöße

- Achte darauf, dass die Werte auf der senkrechten Achse nach unten gehen, die Steigung also negativ sein muss. - Überprüfe die Beschriftung der Achsen: Wie viele Einheiten entspricht ein Gitterquadrat horizontal und vertikal? - Nutze das Steigungsdreieck zwischen zwei gut ablesbaren Punkten, um die Änderungsrate pro Stunde zu finden. - Wenn du die Gleichung hast, kannst du jeden beliebigen Zeitpunkt einsetzen, um die zugehörige Höhe zu finden.

Lösung

1. Ablesen zweier markanter Punkte aus dem Diagramm: Der Startpunkt liegt bei \(P_1(0 \mid 80)\), ein weiterer gut ablesbarer Punkt ist \(P_2(8 \mid 40)\). 2. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{40 - 80}{8 - 0} = \frac{-40}{8} = -5\). Die negative Steigung zeigt an, dass die Kerze kürzer wird. 3. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts \(b\): Der Schnittpunkt mit der \(h\)-Achse liegt bei \(80\), also ist \(b = 80\). 4. Aufstellen der Funktionsgleichung: \(h(t) = -5t + 80\). 5. Berechnung der Höhe nach \(12\) Stunden: \(h(12) = -5 \cdot 12 + 80 = -60 + 80 = 20\). 6. Kontrolle am Graphen: Bei \(t = 12\) auf der horizontalen Achse zeigt die Gerade auf der vertikalen Achse den Wert \(20\) an.

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(h(t) = -5t + 80\). b) Nach \(12\) Stunden ist die Kerze noch \(20\,\text{mm}\) hoch.
4332918
Eine Gerade \(g\) verläuft durch die Punkte \(P(-1 \mid 4)\) und \(Q(2 \mid -2)\), wie in der Abbildung zu sehen. a) Bestimme die Funktionsgleichung der Geraden \(g\). b) Überprüfe rechnerisch, ob der Punkt \(R(4 \mid -6)\) ebenfalls auf der Geraden liegt.
Abbildung zur Aufgabe 433291

Denkanstöße

- Nutze die Formel für die Steigung \(m\) mit den Koordinaten der Punkte \(P\) und \(Q\). - Wie findest du den \(y\)-Achsenabschnitt \(b\), wenn du die Steigung und einen Punkt kennst? - Bei der Punktprobe setzt du den \(x\)-Wert des Punktes in deine Gleichung ein und schaust, ob der richtige \(y\)-Wert herauskommt.

Lösung

1. Teil a: Berechnung der Steigung \(m = \frac{-2 - 4}{2 - (-1)} = \frac{-6}{3} = -2\). Einsetzen von \(Q(2 \mid -2)\) in \(y = -2x + b\): \(-2 = -2 \cdot 2 + b \implies -2 = -4 + b \implies b = 2\). Die Gleichung ist \(y = -2x + 2\). 2. Teil b: Punktprobe mit \(R(4 \mid -6)\): Setze \(x = 4\) in die Gleichung ein: \(y = -2 \cdot 4 + 2 = -8 + 2 = -6\). Da der berechnete \(y\)-Wert mit der Koordinate von \(R\) übereinstimmt, liegt \(R\) auf der Geraden.

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(y = -2x + 2\). b) Ja, der Punkt \(R(4 \mid -6)\) liegt auf der Geraden.
4333338
Bestimme für die beiden Geraden \(a\) und \(b\) im Koordinatensystem jeweils die zugehörige lineare Gleichung. Gib diese zuerst in der Form \(y = mx + b\) und anschließend in der Form \(Ax + By = C\) an, wobei \(A\), \(B\) und \(C\) ganze Zahlen sein sollen.
Abbildung zur Aufgabe 433333

Denkanstöße

- Wähle zwei Punkte auf der Geraden aus, die genau auf den Gitterkreuzungen liegen. - Bestimme die Steigung mithilfe eines Steigungsdreiecks. - Der Schnittpunkt mit der vertikalen Achse liefert dir den Wert für \(b\). - Multipliziere die Gleichung mit dem Hauptnenner, um die Brüche zu beseitigen und die Form \(Ax + By = C\) zu erhalten.

Lösung

1. Gerade \(a\): - Steigung \(m\) mit den Punkten \((0 \mid {-2})\) und \((3 \mid 0)\): \(m = \frac{0 - (-2)}{3 - 0} = \frac{2}{3}\). - \(y\)-Achsenabschnitt \(b = -2\). - Explizite Form: \(y = \frac{2}{3}x - 2\). - Umformung zur impliziten Form: \(3y = 2x - 6 \Rightarrow 2x - 3y = 6\). 2. Gerade \(b\): - Steigung \(m\) mit den Punkten \((0 \mid 3)\) und \((3 \mid 0)\): \(m = \frac{0 - 3}{3 - 0} = -1\). - \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 3\). - Explizite Form: \(y = -x + 3\). - Umformung zur impliziten Form: \(x + y = 3\).

Antwort

Gerade \(a\): \(y = \frac{2}{3}x - 2\) und \(2x - 3y = 6\); Gerade \(b\): \(y = -x + 3\) und \(x + y = 3\).
4336128
Bestimme die Funktionsgleichungen der drei Geraden \(f\), \(g\) und \(h\), die im untenstehenden Koordinatensystem abgebildet sind. Gib die Gleichungen in der Form \(y = mx + b\) an.
Abbildung zur Aufgabe 433612

Denkanstöße

- Suche zuerst den Schnittpunkt jeder Geraden mit der senkrechten Achse. - Wähle zwei Punkte auf dem Gitter aus, um die Steigung mit einem Steigungsdreieck zu bestimmen. - Erinnere dich an die allgemeine Form \(y = mx + b\), wobei \(m\) die Steigung und \(b\) der \(y\)-Achsenabschnitt ist.

Lösung

1. Bestimmung von \(f\): Der \(y\)-Achsenabschnitt liegt bei \(b = -2\). Mit dem Steigungsdreieck zwischen \((0 \mid -2)\) und \((2 \mid 1)\) ergibt sich die Steigung \(m = \frac{1 - (-2)}{2 - 0} = \frac{3}{2} = 1{,}5\). Somit gilt \(f(x) = 1{,}5x - 2\). 2. Bestimmung von \(g\): Der \(y\)-Achsenabschnitt liegt bei \(b = 3\). Die Gerade schneidet die \(x\)-Achse bei \(x = 6\), also ist die Steigung \(m = \frac{0 - 3}{6 - 0} = -0{,}5\). Somit gilt \(g(x) = -0{,}5x + 3\). 3. Bestimmung von \(h\): Der \(y\)-Achsenabschnitt liegt bei \(b = 1\). Ein weiterer gut ablesbarer Punkt ist \((3 \mid 2)\). Die Steigung ist \(m = \frac{2 - 1}{3 - 0} = \frac{1}{3}\). Somit gilt \(h(x) = \frac{1}{3}x + 1\).

Antwort

\(f(x) = 1{,}5x - 2\); \(g(x) = -0{,}5x + 3\); \(h(x) = \frac{1}{3}x + 1\)
4338778
Ein Taxiunternehmen berechnet für eine Fahrt eine feste Grundgebühr und einen konstanten Preis pro gefahrenem Kilometer. Die Grafik zeigt die Gesamtkosten \(y\) in Euro in Abhängigkeit von der Fahrtstrecke \(x\) in Kilometern. Bestimme die Funktionsgleichung der Geraden.
Abbildung zur Aufgabe 433877

Denkanstöße

- Wo schneidet die Gerade die senkrechte Achse? Dieser Wert gibt dir den Startwert oder die Grundgebühr an. - Wie viel teurer wird die Fahrt pro Kilometer? Das ist die Steigung. - Die allgemeine Form einer linearen Funktion lautet \(y = mx + n\).

Lösung

1. Bestimme den \(y\)-Achsenabschnitt \(n\). Die Gerade schneidet die \(y\)-Achse bei \(y = 4\), also ist \(n = 4\). Dies entspricht der Grundgebühr von \(4\,\text{€}\). 2. Bestimme die Steigung \(m\). Nutze dazu zwei Punkte auf der Geraden, zum Beispiel \(P_1(0 \mid 4)\) und den markierten Punkt \(P_2(3 \mid 10)\). 3. Berechne die Steigung: \(m = \frac{10 - 4}{3 - 0} = \frac{6}{3} = 2\). Dies entspricht dem Kilometerpreis von \(2\,\frac{\text{€}}{\text{km}}\). 4. Setze \(m\) und \(n\) in die allgemeine Form \(y = mx + n\) ein: \(y = 2x + 4\).

Antwort

Die Funktionsgleichung lautet \(y = 2x + 4\).
4338978
Ermittle für die abgebildeten Geraden \(f_1\), \(f_2\) und \(f_3\) die zugehörigen Geradengleichungen in der Form \(y = mx + b\).
Abbildung zur Aufgabe 433897

Denkanstöße

- Wenn der \(y\)-Achsenabschnitt nicht genau auf einer ganzen Zahl liegt, berechne ihn mit einem Punkt und der Steigung. - Benutze die Formel \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}\) für die Steigung. - Eine Gerade ohne Steigung verläuft parallel zur \(x\)-Achse. Wie sieht deren Gleichung aus?

Lösung

1. Gerade \(f_1\): Die Gerade verläuft durch \((-2 \mid 2)\) und \((2 \mid 1)\). Die Steigung ist \(m = \frac{1 - 2}{2 - (-2)} = -\frac{1}{4} = -0{,}25\). Der \(y\)-Achsenabschnitt liegt bei \(1{,}5\). Gleichung: \(y = -0{,}25x + 1{,}5\). 2. Gerade \(f_2\): Die Gerade geht durch \((0 \mid -2)\) und \((1 \mid 1)\). Die Steigung ist \(m = \frac{1 - (-2)}{1 - 0} = 3\). Mit \(b = -2\) ergibt sich \(y = 3x - 2\). 3. Gerade \(f_3\): Dies ist eine konstante Funktion mit dem Funktionswert \(2\). Die Gleichung ist \(y = 2\).

Antwort

\(f_1: y = -0{,}25x + 1{,}5\); \(f_2: y = 3x - 2\); \(f_3: y = 2\).
4349388
Im folgenden Koordinatensystem ist der Graph einer linearen Gleichung dargestellt. Welche der vier Antwortmöglichkeiten beschreibt diesen Graphen korrekt? A: \(2x + y = 6\) B: \(2x - y = 6\) C: \(x + 2y = 6\) D: \(x - 2y = 6\)
Abbildung zur Aufgabe 434938

Denkanstöße

- Schau dir an, wo der Graph die Achsen des Koordinatensystems schneidet. - Wähle einen Punkt auf der Geraden aus und setze seine Koordinaten in die Gleichungen ein. - Wenn ein Punkt eine Gleichung zu einer wahren Aussage macht, gehört er zum Graphen dieser Gleichung.

Lösung

1. Ablesen markanter Punkte vom Graphen: Der \(y\)-Achsenabschnitt liegt bei \((0 \mid 6)\), die Nullstelle liegt bei \((3 \mid 0)\). 2. Überprüfung der Gleichungen durch Einsetzen dieser Punkte: - A: \(2 \cdot 0 + 6 = 6\) (wahr) und \(2 \cdot 3 + 0 = 6\) (wahr). Gleichung A ist korrekt. - B: \(2 \cdot 0 - 6 = -6 \neq 6\). - C: \(0 + 2 \cdot 6 = 12 \neq 6\). - D: \(0 - 2 \cdot 6 = -12 \neq 6\). 3. Alternativ: Bestimmung der Steigung \(m = \frac{0 - 6}{3 - 0} = -2\) und des Achsenabschnitts \(n = 6\). Die Funktionsgleichung lautet \(y = -2x + 6\), was umgeformt \(2x + y = 6\) ergibt.

Antwort

Die korrekte Gleichung ist A: \(2x + y = 6\).
4129728
Ein Kurierdienst berechnet für seine Lieferungen eine feste Grundgebühr sowie einen konstanten Betrag pro gefahrenem Kilometer. Eine Fahrt über eine Strecke von \(10\,\text{km}\) kostet insgesamt \(17{,}00\,\text{€}\). Eine Fahrt über \(25\,\text{km}\) kostet \(32{,}00\,\text{€}\). a) Ermittle die Funktionsgleichung, die die Gesamtkosten \(K\) (in €) in Abhängigkeit von der Strecke \(s\) (in km) darstellt. b) Wie hoch ist die Grundgebühr des Kurierdienstes? c) Berechne die Kosten für eine Lieferung über eine Strecke von \(40\,\text{km}\).

Denkanstöße

- Stell dir die Kilometer und die Kosten als Punkte in einem Koordinatensystem vor. - Wie viel teurer wird die Fahrt, wenn man eine bestimmte Anzahl an Kilometern mehr fährt? - Was bleibt von den Kosten übrig, wenn man den fahrtabhängigen Teil vom Gesamtpreis abzieht?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) (Kosten pro km): \(m = \frac{K_2 - K_1}{s_2 - s_1} = \frac{32 - 17}{25 - 10} = \frac{15}{15} = 1\). Der Preis beträgt \(1{,}00\,\text{€/km}\). 2. Berechnung des y-Achsenabschnitts \(b\) (Grundgebühr): Einsetzen eines Punktes in \(K(s) = ms + b\), zum Beispiel \((10; 17)\): \(17 = 1 \cdot 10 + b \Rightarrow 17 = 10 + b \Rightarrow b = 7\). Die Grundgebühr beträgt \(7{,}00\,\text{€}\). 3. Funktionsgleichung: \(K(s) = 1 \cdot s + 7\) (oder \(K(s) = s + 7\)). 4. Kosten für \(40\,\text{km}\): \(K(40) = 1 \cdot 40 + 7 = 47\). Eine Fahrt über \(40\,\text{km}\) kostet \(47{,}00\,\text{€}\).

Antwort

a) \(K(s) = 1 \cdot s + 7\) (mit \(K\) in € und \(s\) in km) b) Die Grundgebühr beträgt \(7{,}00\,\text{€}\). c) Eine Lieferung über \(40\,\text{km}\) kostet \(47{,}00\,\text{€}\).
4129938
Ein quaderförmiges Wasserbecken mit einem maximalen Fassungsvermögen von \(1200\,\text{Litern}\) enthält zu Beginn einer Befüllung bereits \(200\,\text{Liter}\) Wasser. Ein Zulauf liefert in \(20\,\text{Minuten}\) eine Wassermenge von \(150\,\text{Litern}\). a) Bestimme die Zuflussrate in Litern pro Minute und stelle die Funktionsgleichung für das Volumen \(V(t)\) (in Litern) nach \(t\) Minuten auf. b) Berechne die Zeitdauer in Stunden, Minuten und Sekunden, bis das Becken vollständig gefüllt ist. c) Angenommen, der Zufluss würde sich durch eine Verstopfung halbieren. Beschreibe, wie sich die Steigung des Graphen und die benötigte Zeit bis zur vollständigen Füllung verändern würden.

Denkanstöße

- Wie viel Liter fließen in einer einzigen Minute in das Becken? - Wie viel Wasser muss insgesamt noch hinzugefügt werden, um das Maximum zu erreichen? - Überlege, was die Steigung in diesem Sachzusammenhang bedeutet. Wenn weniger Wasser pro Zeit fließt, wird die Gerade dann steiler oder flacher? - Wie hängen Zuflussgeschwindigkeit und Zeitdauer bei gleicher Menge zusammen?

Lösung

1. Berechnung der Zuflussrate: \(150\,\text{l} : 20\,\text{min} = 7{,}5\,\text{l/min}\). 2. Funktionsgleichung: Mit dem Startwert \(200\,\text{l}\) ergibt sich \(V(t) = 7{,}5t + 200\). 3. Berechnung der Fülldauer: Das Becken ist voll, wenn \(V(t) = 1200\). \(1200 = 7{,}5t + 200 \Rightarrow 1000 = 7{,}5t \Rightarrow t = \frac{1000}{7{,}5} = 133\frac{1}{3}\,\text{Minuten}\). 4. Umrechnung: \(133\frac{1}{3}\,\text{Minuten} = 2\,\text{Stunden}\) (\(120\,\text{min}\)) und \(13\frac{1}{3}\,\text{Minuten}\) (\(13\,\text{min}\,20\,\text{s}\)). 5. Analyse der Änderung: Wenn sich der Zufluss halbiert, halbiert sich die Steigung der Geraden (\(m = 3{,}75\)). Da die zu füllende Differenz (\(1000\,\text{l}\)) gleich bleibt, verdoppelt sich die benötigte Zeit auf \(266\frac{2}{3}\,\text{Minuten}\).

Antwort

a) Zuflussrate: \(7{,}5\,\text{l/min}\); Funktionsgleichung: \(V(t) = 7{,}5t + 200\). b) Das Becken ist nach \(2\,\text{Stunden}\), \(13\,\text{Minuten}\) und \(20\,\text{Sekunden}\) voll. c) Die Steigung des Graphen würde sich halbieren (der Graph wird flacher). Die benötigte Zeit bis zur vollständigen Füllung würde sich verdoppeln.
4130088
Eine Wertetabelle soll eine lineare Funktion beschreiben. <table> <tbody> <tr><td>\(x\)</td><td>\(2\)</td><td>\(5\)</td><td>\(11\)</td></tr> <tr><td>\(y\)</td><td>\(4\)</td><td>\(5{,}5\)</td><td>\(y_3\)</td></tr> </tbody> </table> a) Welchen Wert muss \(y_3\) annehmen, damit der Zusammenhang linear ist? b) Eine neue lineare Funktion \(h\) entsteht, indem die Steigung der ursprünglichen Funktion verdoppelt wird, der Punkt \((2 \mid 4)\) aber weiterhin auf dem Graphen liegt. Bestimme die neue Funktionsgleichung von \(h\).

Denkanstöße

- Bei einer linearen Funktion ist die Änderung der y-Werte proportional zur Änderung der x-Werte. Wie viel ändert sich \(y\), wenn \(x\) um \(1\) größer wird? - Wenn du die Steigung kennst und einen Punkt hast, wie findest du dann den Achsenabschnitt?

Lösung

1. Steigung der ursprünglichen Funktion berechnen: \(m = \frac{5{,}5 - 4}{5 - 2} = \frac{1{,}5}{3} = 0{,}5\). 2. Wert \(y_3\) für \(x = 11\) bestimmen: \(y_3 = 5{,}5 + (11 - 5) \cdot 0{,}5 = 5{,}5 + 3 = 8{,}5\). 3. Neue Steigung für \(h\): \(m_h = 2 \cdot 0{,}5 = 1\). 4. y-Achsenabschnitt für \(h\) berechnen: Einsetzen von \((2 \mid 4)\) in \(4 = 1 \cdot 2 + n_h\) ergibt \(n_h = 2\). 5. Ergebnis: Die Funktionsgleichung von \(h\) lautet \(h(x) = 1x + 2\) bzw. \(h(x) = x + 2\).

Antwort

a) Der Wert muss \(y_3 = 8{,}5\) sein. b) Die neue Funktionsgleichung lautet \(h(x) = x + 2\).
4130448
Die Lufttemperatur in der Atmosphäre nimmt mit der Höhe näherungsweise linear ab. In einer Höhe von \(500\,\text{m}\) über dem Meeresspiegel misst ein Meteorologe eine Temperatur von \(12\,^\circ\text{C}\). In einer Höhe von \(3000\,\text{m}\) beträgt die Temperatur nur noch \(-3\,^\circ\text{C}\). a) Bestimme die Funktionsgleichung \(T(h)\), welche die Temperatur in \(^\circ\text{C}\) in Abhängigkeit von der Höhe \(h\) (in Metern) angibt. b) Welche Temperatur herrscht laut diesem Modell auf Meereshöhe (\(0\,\text{m}\))? c) In welcher Höhe liegt die sogenannte Nullgradgrenze, also die Höhe, in der die Temperatur genau \(0\,^\circ\text{C}\) beträgt?

Denkanstöße

- Achte auf das Vorzeichen der Steigung, da die Temperatur sinkt. - Was bedeutet „Meereshöhe“ mathematisch für den Wert von \(h\)? - Bei der Nullgradgrenze ist das Ergebnis der Temperaturrechnung bekannt. Wie findest du die zugehörige Höhe?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\) mit den Punkten \((500 \mid 12)\) und \((3000 \mid -3)\): \(m = \frac{-3 - 12}{3000 - 500} = \frac{-15}{2500} = -0{,}006\). 2. Bestimmung des y-Achsenabschnitts \(b\) durch Einsetzen eines Punktes in \(T(h) = -0{,}006h + b\): \(12 = -0{,}006 \cdot 500 + b \Rightarrow 12 = -3 + b \Rightarrow b = 15\). 3. Die Funktionsgleichung ist \(T(h) = -0{,}006h + 15\). 4. Die Temperatur auf Meereshöhe (\(h = 0\)) entspricht \(b\), also \(15\,^\circ\text{C}\). 5. Berechnung der Nullgradgrenze durch Nullsetzen der Funktion: \(0 = -0{,}006h + 15 \Rightarrow 0{,}006h = 15 \Rightarrow h = \frac{15}{0{,}006} = 2500\). Die Nullgradgrenze liegt in \(2500\,\text{m}\) Höhe.

Antwort

a) \(T(h) = -0{,}006h + 15\) b) Auf Meereshöhe beträgt die Temperatur \(15\,^\circ\text{C}\). c) Die Nullgradgrenze liegt in \(2500\,\text{m}\) Höhe.
4130628
Eine lineare Funktion \(f\) verläuft durch die Punkte \(A(-2 \mid 7)\) und \(B(2 \mid -1)\). a) Bestimme die Funktionsgleichung von \(f\). b) Berechne die fehlenden Werte in der Tabelle: <table> <tr><td>\(x\)</td><td>\(-2\)</td><td>\(2\)</td><td>\(5\)</td><td></td></tr> <tr><td>\(f(x)\)</td><td>\(7\)</td><td>\(-1\)</td><td></td><td>\(10\)</td></tr> </table>

Denkanstöße

- Nutze die Formel für die Steigung \(m\) zwischen zwei Punkten. - Achte besonders auf die Vorzeichen, wenn du Koordinaten mit Minuszeichen voneinander abziehst. - Wie gehst du vor, um den Schnittpunkt mit der y-Achse zu berechnen, wenn du die Steigung und einen Punkt kennst?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{-1 - 7}{2 - (-2)} = \frac{-8}{4} = -2\). 2. Bestimmung von \(c\): Einsetzen von \(B(2 \mid -1)\) in \(y = -2x + c\): \(-1 = -2 \cdot 2 + c \Rightarrow -1 = -4 + c \Rightarrow c = 3\). Die Gleichung ist \(f(x) = -2x + 3\). 3. Berechnung für \(x = 5\): \(f(5) = -2 \cdot 5 + 3 = -7\). 4. Berechnung für \(f(x) = 10\): \(10 = -2x + 3 \Rightarrow 7 = -2x \Rightarrow x = -3{,}5\).

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = -2x + 3\). b) Die fehlenden Werte sind: Für \(x = 5\) ist \(f(x) = -7\). Für \(f(x) = 10\) ist \(x = -3{,}5\).
4130898
Der Graph einer linearen Funktion \(f\) verläuft durch die beiden Punkte \(A(-2 \mid 6)\) und \(B(4 \mid -3)\). a) Bestimme die Funktionsgleichung von \(f\). b) Der Graph von \(f\) schließt im ersten Quadranten zusammen mit den Koordinatenachsen ein Dreieck ein. Berechne den Flächeninhalt dieses Dreiecks.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung einer Geraden, wenn zwei Punkte gegeben sind? - Welche geometrische Form entsteht zwischen den Achsen und einer Geraden? - Welche Maße des Dreiecks kannst du direkt aus den Achsenschnittpunkten ablesen?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m\): \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \frac{-3 - 6}{4 - (-2)} = \frac{-9}{6} = -1{,}5\). 2. Berechnung des \(y\)-Achsenabschnitts \(n\) durch Einsetzen von \(A(-2 \mid 6)\): \(6 = -1{,}5 \cdot (-2) + n \implies 6 = 3 + n \implies n = 3\). Funktionsgleichung: \(f(x) = -1{,}5x + 3\). 3. Bestimmung der Schnittpunkte mit den Achsen: Der \(y\)-Achsenabschnitt ist \(3\) (Höhe des Dreiecks). Die Nullstelle ist \(0 = -1{,}5x + 3 \implies 1{,}5x = 3 \implies x = 2\) (Basis des Dreiecks). 4. Flächeninhalt des rechtwinkligen Dreiecks: \(A = \frac{1}{2} \cdot \text{Basis} \cdot \text{Höhe} = \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 3 = 3\).

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = -1{,}5x + 3\). b) Der Flächeninhalt des Dreiecks beträgt \(3\,\text{FE}\) (Flächeneinheiten).
4131858
Drei verschiedene Flüssigkeiten werden erhitzt. Die Temperatur \(T\) (in \(^\circ\text{C}\)) steigt bei allen linear mit der Zeit \(t\) (in Minuten) an. Flüssigkeit 1: \(T_1(t) = 4t + 20\) Flüssigkeit 2: Startet bei \(15\,^\circ\text{C}\) und erwärmt sich pro Minute um \(5\,^\circ\text{C}\). Flüssigkeit 3: Nach \(2\,\text{Minuten}\) beträgt die Temperatur \(26\,^\circ\text{C}\), nach \(5\,\text{Minuten}\) sind es \(35\,^\circ\text{C}\). a) Bestimme für alle drei Flüssigkeiten die Funktionsgleichung der Form \(T(t) = mt + b\). b) Welche Flüssigkeit hat die höchste Anfangstemperatur? c) Welche Flüssigkeit erwärmt sich am schnellsten? d) Vergleiche die Temperaturen der drei Flüssigkeiten nach genau \(10\,\text{Minuten}\).

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Kannst du die textlichen Informationen direkt in die Form \(mt + b\) übersetzen? - Achte darauf, welche Zahl für die Geschwindigkeit und welche für den Startwert steht. - Setze für den Vergleich den Wert \(10\) in alle deine Formeln ein.

Lösung

1. Aufstellen der Gleichungen: Flüssigkeit 1: Gegeben als \(T_1(t) = 4t + 20\). Flüssigkeit 2: Startwert \(b=15\), Steigung \(m=5\). Also \(T_2(t) = 5t + 15\). Flüssigkeit 3: Steigung \(m = \frac{35 - 26}{5 - 2} = \frac{9}{3} = 3\). Einsetzen eines Punktes: \(26 = 3 \cdot 2 + b \Rightarrow 26 = 6 + b \Rightarrow b = 20\). Also \(T_3(t) = 3t + 20\). 2. Vergleich der Anfangstemperaturen (\(b\)-Werte): Flüssigkeit 1 (\(20\,^\circ\text{C}\)) und Flüssigkeit 3 (\(20\,^\circ\text{C}\)) liegen gemeinsam vorn. 3. Vergleich der Erwärmungsraten (\(m\)-Werte): Flüssigkeit 2 erwärmt sich mit \(5\,^\circ\text{C/min}\) am schnellsten. 4. Berechnung für \(t=10\): \(T_1(10) = 4 \cdot 10 + 20 = 60\,^\circ\text{C}\). \(T_2(10) = 5 \cdot 10 + 15 = 65\,^\circ\text{C}\). \(T_3(10) = 3 \cdot 10 + 20 = 50\,^\circ\text{C}\).

Antwort

a) \(T_1(t) = 4t + 20\); \(T_2(t) = 5t + 15\); \(T_3(t) = 3t + 20\). b) Flüssigkeit 1 und 3 haben mit \(20\,^\circ\text{C}\) die höchste Anfangstemperatur. c) Flüssigkeit 2 erwärmt sich am schnellsten (\(5\,^\circ\text{C/min}\)). d) Nach \(10\,\text{Minuten}\): Flüssigkeit 1: \(60\,^\circ\text{C}\), Flüssigkeit 2: \(65\,^\circ\text{C}\), Flüssigkeit 3: \(50\,^\circ\text{C}\).
4132158
Eine Gerade \(f\) schneidet die \(y\)-Achse im Punkt \(S_y(0 | -2)\) und die \(x\)-Achse im Punkt \(A(3 | 0)\). a) Bestimme die Steigung \(m\) und die Funktionsgleichung von \(f\). b) Eine neue Gerade \(p\) hat denselben \(y\)-Achsenabschnitt wie \(f\), aber die doppelte Steigung. Gib die Gleichung von \(p\) an. c) Berechne den Schnittpunkt der Geraden \(p\) mit der \(x\)-Achse. Vergleiche diesen mit dem Schnittpunkt \(A\) der Geraden \(f\). Was stellst du fest?

Denkanstöße

- Wie hängen der \(y\)-Achsenabschnitt und die Koordinaten des Schnittpunkts mit der \(y\)-Achse zusammen? - Wenn du die Steigung veränderst, wie wirkt sich das grafisch auf die Steilheit der Geraden aus? - Vergleiche die Ergebnisse der Berechnungen für \(x\) am Ende. Siehst du ein mathematisches Verhältnis?

Lösung

1. Steigung \(f\): \(m = \frac{0 - (-2)}{3 - 0} = \frac{2}{3}\). Da \(S_y(0 | -2)\) gegeben ist, ist \(n = -2\). Gleichung: \(y = \frac{2}{3}x - 2\). 2. Gerade \(p\): Steigung verdoppeln: \(m_p = 2 \cdot \frac{2}{3} = \frac{4}{3}\). Gleicher \(y\)-Achsenabschnitt: \(n = -2\). Gleichung: \(y = \frac{4}{3}x - 2\). 3. Schnittpunkt von \(p\) mit der \(x\)-Achse (\(y = 0\)): \(0 = \frac{4}{3}x - 2 \Rightarrow 2 = \frac{4}{3}x \Rightarrow x = 2 \cdot \frac{3}{4} = 1{,}5\). Ergebnis: \(S_{x,p}(1{,}5 | 0)\). 4. Vergleich: Der \(x\)-Achsenabschnitt von \(f\) liegt bei \(3\), der von \(p\) bei \(1{,}5\). Bei doppelter Steigung und gleichem (negativen) \(y\)-Achsenabschnitt halbiert sich der \(x\)-Achsenabschnitt.

Antwort

a) Steigung \(m = \frac{2}{3}\); Gleichung \(y = \frac{2}{3}x - 2\) b) Gleichung \(p: y = \frac{4}{3}x - 2\) c) Der neue Schnittpunkt ist \(S_{x,p}(1{,}5 | 0)\). Der \(x\)-Wert hat sich im Vergleich zu \(A(3 | 0)\) halbiert.
4141488
Eine Gerade \(k\) verläuft parallel zur Geraden \(h\) mit der Gleichung \(h(x) = \frac{2}{3}x - 5\) und geht durch den Punkt \(P(6 | 1)\). a) Ermittle die Funktionsgleichung der Geraden \(k\). b) Berechne die Nullstelle der Funktion \(k\). c) Eine weitere Gerade \(l\) hat dieselbe Nullstelle wie \(k\), besitzt aber die Steigung \(m = -2\). Bestimme die Funktionsgleichung von \(l\).

Denkanstöße

- Was wissen wir über die Steigungen von zwei Geraden, die parallel zueinander liegen? - Was ist die Bedingung für einen Punkt, der auf der x-Achse liegt (Nullstelle)? - Kannst du die Informationen über den Punkt und die Steigung nutzen, um eine neue Gleichung aufzustellen?

Lösung

1. Bestimmung von \(k\): Da \(k \parallel h\), ist \(m_k = \frac{2}{3}\). Einsetzen von \(P(6 | 1)\) in \(y = \frac{2}{3}x + t\): \(1 = \frac{2}{3} \cdot 6 + t \Rightarrow 1 = 4 + t \Rightarrow t = -3\). Somit ist \(k(x) = \frac{2}{3}x - 3\). 2. Nullstelle von \(k\): Setze \(k(x) = 0 \Rightarrow 0 = \frac{2}{3}x - 3 \Rightarrow 3 = \frac{2}{3}x \Rightarrow x = 4{,}5\). 3. Bestimmung von \(l\): Die Gerade \(l\) geht durch \((4{,}5 | 0)\) mit \(m = -2\). Einsetzen in \(y = mx + t\): \(0 = -2 \cdot 4{,}5 + t \Rightarrow 0 = -9 + t \Rightarrow t = 9\). 4. Ergebnis: \(l(x) = -2x + 9\).

Antwort

a) \(k(x) = \frac{2}{3}x - 3\) b) \(x = 4{,}5\) c) \(l(x) = -2x + 9\)
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Zwei Geraden \(f\) und \(g\) sind durch jeweils zwei Punkte gegeben: Die Gerade \(f\) verläuft durch \(A(-1|1)\) und \(B(3|9)\). Die Gerade \(g\) verläuft durch \(C(0|10)\) und \(D(5|0)\). a) Ermittle die Funktionsgleichungen von \(f\) und \(g\). b) Berechne rechnerisch die Koordinaten des Schnittpunkts \(S\) beider Geraden.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte gegeben sind? - Kannst du den \(y\)-Achsenabschnitt bei einer der Geraden direkt aus einem Punkt ablesen? - Welche Bedingung erfüllen die Funktionsterme am Schnittpunkt?

Lösung

1. Für \(f\) gilt \(m_f = \frac{9 - 1}{3 - (-1)} = \frac{8}{4} = 2\). Einsetzen von \(B(3|9)\) ergibt \(9 = 2 \cdot 3 + b\), also \(b = 3\). Damit ist \(f(x) = 2x + 3\). 2. Für \(g\) gilt \(m_g = \frac{0 - 10}{5 - 0} = -2\). Durch \(C(0|10)\) ist der \(y\)-Achsenabschnitt \(10\) gegeben. Damit ist \(g(x) = -2x + 10\). 3. Gleichsetzen der Funktionsterme: \(2x + 3 = -2x + 10\). Daraus folgt \(4x = 7\), also \(x = 1{,}75\). 4. Einsetzen in \(f\): \(f(1{,}75) = 2 \cdot 1{,}75 + 3 = 6{,}5\). Der Schnittpunkt ist \(S(1{,}75|6{,}5)\).

Antwort

a) \(f(x) = 2x + 3\) und \(g(x) = -2x + 10\) b) \(S(1{,}75|6{,}5)\)
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Eine Gerade \(k\) verläuft durch die Punkte \(A(2|5)\) und \(B(-2|-3)\). a) Ermittle die Funktionsgleichung der Geraden \(k\). b) Überprüfe rechnerisch, ob der Punkt \(C(5|11)\) auf der Geraden \(k\) liegt. c) Eine zweite Gerade \(l\) verläuft parallel zu \(k\) und geht durch den Punkt \(P(1|1)\). Bestimme die Funktionsgleichung von \(l\). d) Bestimme den Schnittpunkt der Geraden \(k\) mit der y-Achse.

Denkanstöße

- Wie hängen die Steigungen zweier paralleler Geraden zusammen? - Wie führt man eine Punktprobe durch? - Was weißt du über die Koordinaten eines Punktes, der auf der y-Achse liegt?

Lösung

1. Berechnung der Steigung \(m_k\) für Gerade \(k\): \(m_k = \frac{-3 - 5}{-2 - 2} = \frac{-8}{-4} = 2\). 2. Berechnung von \(b_k\): \(5 = 2 \cdot 2 + b_k \Rightarrow b_k = 1\). Funktionsgleichung \(k(x) = 2x + 1\). 3. Punktprobe für \(C(5|11)\): \(k(5) = 2 \cdot 5 + 1 = 11\). Da \(11 = 11\), liegt der Punkt auf der Geraden. 4. Bestimmung von \(l\): Parallelität bedeutet gleiche Steigung, also \(m_l = 2\). Einsetzen von \(P(1|1)\): \(1 = 2 \cdot 1 + b_l \Rightarrow b_l = -1\). Funktionsgleichung \(l(x) = 2x - 1\). 5. Schnittpunkt mit der y-Achse von \(k\): Der x-Wert ist \(0\), also \(k(0) = 1\). Der Punkt ist \(S_y(0|1)\).

Antwort

a) \(k(x) = 2x + 1\) b) Ja, der Punkt \(C\) liegt auf der Geraden, da die Gleichung \(11 = 2 \cdot 5 + 1\) erfüllt ist. c) \(l(x) = 2x - 1\) d) Der Schnittpunkt ist \(S_y(0|1)\).
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Ein Smartphone verliert bei aktiver Nutzung gleichmäßig an Akkuladung. Um 10:00 Uhr zeigt die Anzeige einen Ladestand von \(80\,\%\) an. Um 11:20 Uhr ist der Ladestand auf \(60\,\%\) gesunken. a) Ermittle den Ladungsverlust in Prozentpunkten pro Stunde. b) Berechne den Zeitpunkt, zu dem das Handy voll aufgeladen (\(100\,\%\)) vom Stromnetz getrennt wurde, unter der Annahme, dass es seitdem ununterbrochen genutzt wurde. c) Wenn das Handy weiterhin so genutzt wird, um wie viel Uhr wird es sich aufgrund eines leeren Akkus (\(0\,\%\)) ausschalten?

Denkanstöße

- Wie viele Minuten liegen zwischen den beiden Zeitangaben? - Um wie viele Prozentpunkte ist der Ladestand in dieser Zeitspanne gesunken? - Wie lange dauert es, bis genau ein Prozentpunkt Ladung verbraucht ist? - Wie viel Zeit muss vergangen sein, um von \(100\,\%\) auf den ersten Messwert bei \(80\,\%\) zu kommen? - Wie viel Zeit vergeht insgesamt, bis der Akku von \(100\,\%\) auf \(0\,\%\) sinkt?

Lösung

1. Bestimmung der Zeitdifferenz zwischen 10:00 Uhr und 11:20 Uhr: \(80\,\text{Minuten}\). 2. Bestimmung der Ladungsdifferenz: Der Ladestand sinkt von \(80\,\%\) auf \(60\,\%\), also um \(20\) Prozentpunkte. 3. Berechnung des Verlusts pro Minute: \(20 : 80 = 0{,}25\). Der Ladungsverlust beträgt \(0{,}25\) Prozentpunkte pro Minute. 4. Umrechnung in den Verlust pro Stunde: \(0{,}25 \cdot 60 = 15\). Der Ladungsverlust beträgt \(15\) Prozentpunkte pro Stunde. 5. Berechnung der Zeit für einen Rückgang von \(100\,\%\) auf \(80\,\%\), also um \(20\) Prozentpunkte: \(20 : 0{,}25 = 80\,\text{Minuten}\). 6. Ermittlung des Startzeitpunkts: \(10{:}00\,\text{Uhr} - 80\,\text{min} = 08{:}40\,\text{Uhr}\). 7. Berechnung der Gesamtnutzungsdauer von \(100\,\%\) bis \(0\,\%\), also für einen Verlust von \(100\) Prozentpunkten: \(100 : 0{,}25 = 400\,\text{Minuten}\). 8. Umrechnung der Gesamtdauer: \(400\,\text{min} = 6\,\text{Stunden}\) und \(40\,\text{Minuten}\). 9. Ermittlung des Ausschaltzeitpunkts: \(08{:}40\,\text{Uhr} + 6\,\text{h}\,40\,\text{min} = 15{:}20\,\text{Uhr}\).

Antwort

a) Der Ladungsverlust beträgt \(15\) Prozentpunkte pro Stunde. b) Das Handy wurde um 08:40 Uhr vom Stromnetz getrennt. c) Das Handy wird sich um 15:20 Uhr ausschalten.
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Zwei verschiedene Kerzen werden gleichzeitig angezündet und brennen jeweils gleichmäßig ab. Kerze A ist nach \(2\,\text{Stunden}\) noch \(16\,\text{cm}\) hoch und nach \(5\,\text{Stunden}\) noch \(10\,\text{cm}\). Kerze B ist nach \(3\,\text{Stunden}\) noch \(15\,\text{cm}\) hoch und nach \(6\,\text{Stunden}\) noch \(8{,}1\,\text{cm}\). Untersuche durch Rechnung, welche der beiden Kerzen zu Beginn (\(t = 0\)) höher war und welche der beiden schneller brennt (in \(\text{cm/h}\)).

Denkanstöße

- Was bedeutet „gleichmäßig abbrennen“ für den Typ der Funktion, die du hier suchst? - Wie kannst du für jede Kerze einzeln die Anfangshöhe und die Geschwindigkeit des Abbrennens berechnen? - Kannst du aus den Zeit- und Höhenangaben für jede Kerze zwei Gleichungen aufstellen? - Vergleiche am Ende die berechneten Werte für die Anfangshöhe und die Rate.

Lösung

1. Modellierung der Höhe durch \(h(t) = h_0 - rt\), wobei \(r\) die Abbrandrate ist. 2. Für Kerze A: System aus \(h_0 - 2r = 16\) und \(h_0 - 5r = 10\). Differenzbildung ergibt \(3r = 6\), also \(r_A = 2\,\text{cm/h}\). Einsetzen ergibt \(h_{0A} = 16 + 2 \cdot 2 = 20\,\text{cm}\). 3. Für Kerze B: System aus \(h_0 - 3r = 15\) und \(h_0 - 6r = 8{,}1\). Differenzbildung ergibt \(3r = 6{,}9\), also \(r_B = 2{,}3\,\text{cm/h}\). Einsetzen ergibt \(h_{0B} = 15 + 3 \cdot 2{,}3 = 21{,}9\,\text{cm}\). 4. Vergleich der Ergebnisse: Kerze B war mit \(21{,}9\,\text{cm}\) zu Beginn höher als Kerze A (\(20\,\text{cm}\)) und brennt mit \(2{,}3\,\text{cm/h}\) schneller ab als Kerze A (\(2\,\text{cm/h}\)).

Antwort

Kerze B war zu Beginn mit \(21{,}9\,\text{cm}\) höher als Kerze A (\(20\,\text{cm}\)). Zudem brennt Kerze B mit \(2{,}3\,\text{cm/h}\) schneller ab als Kerze A (\(2\,\text{cm/h}\)).

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