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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.

Nullstellen linearer Funktionen

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4130668
Gegeben ist die lineare Gleichung \(-2x + 6 = 0\). Stelle dir den Graphen der zugehörigen linearen Funktion \(f(x) = -2x + 6\) vor. An welchem Punkt schneidet dieser Graph die \(x\)-Achse? Erkläre kurz, was dieser Schnittpunkt für die Lösung der ursprünglichen Gleichung bedeutet.

Denkanstöße

- Wo auf dem Koordinatensystem ist der Funktionswert (also der \(y\)-Wert) genau gleich Null? - Was passiert mit einer Geraden, wenn sie die \(x\)-Achse kreuzt? - Welchen Wert hat die \(y\)-Koordinate an jedem Punkt auf der \(x\)-Achse?

Lösung

1. Aufstellen der Funktionsgleichung: \(f(x) = -2x + 6\). 2. Berechnung der Nullstelle durch Gleichsetzen mit Null: \(-2x + 6 = 0\). 3. Umformen der Gleichung: \(-2x = -6\), woraus \(x = 3\) folgt. 4. Bestimmung des Schnittpunkts mit der \(x\)-Achse: Da der \(y\)-Wert an der Nullstelle immer \(0\) ist, lautet der Punkt \(N(3 \mid 0)\). 5. Grafische Interpretation: Die Lösung der Gleichung \(x = 3\) entspricht genau der \(x\)-Koordinate des Schnittpunkts des Funktionsgraphen mit der \(x\)-Achse.

Antwort

Der Graph schneidet die \(x\)-Achse im Punkt \(N(3 \mid 0)\). Die Lösung der Gleichung (\(x = 3\)) ist die \(x\)-Koordinate dieses Schnittpunkts, auch Nullstelle genannt.
4128628
Bestimme die Nullstelle der jeweiligen linearen Funktion mit der Definitionsmenge \(D = \mathbb{Q}\). a) \(g_1(x) = 3{,}2x + 8\) b) \(g_2(x) = \frac{3}{5}x - 9\)

Denkanstöße

- Welchen Funktionswert hat eine Funktion an einer Nullstelle? - Setze den Funktionsterm gleich \(0\) und löse die entstehende lineare Gleichung nach \(x\) auf.

Lösung

Zur Bestimmung der Nullstellen wird der jeweilige Funktionswert gleich \(0\) gesetzt und die Gleichung nach \(x\) aufgelöst. 1. Für \(g_1(x) = 3{,}2x + 8\): \(0 = 3{,}2x + 8 \implies -8 = 3{,}2x \implies x = -2{,}5\). 2. Für \(g_2(x) = \frac{3}{5}x - 9\): \(0 = \frac{3}{5}x - 9 \implies 9 = \frac{3}{5}x \implies x = 9 \cdot \frac{5}{3} = 15\).

Antwort

a) \(x = -2{,}5\) b) \(x = 15\)
4128898
Gegeben sind die Funktionen \(f: x \mapsto 1{,}2x - 3\) und \(g: x \mapsto 0{,}5x + 1\). a) Berechne die Nullstelle der Funktion \(f\) und gib den Schnittpunkt \(N_f\) mit der \(x\)-Achse an. b) Überprüfe rechnerisch, ob der Punkt \(N_f\) oberhalb, unterhalb oder auf dem Graphen der Funktion \(g\) liegt.

Denkanstöße

- Woran erkennt man mathematisch, dass ein Punkt auf der \(x\)-Achse liegt? - Wie findet man heraus, welcher \(y\)-Wert zu einem bestimmten \(x\)-Wert auf einer Geraden gehört? - Was bedeutet es für die Lage eines Punktes, wenn sein \(y\)-Wert kleiner ist als der eines anderen Punktes mit demselben \(x\)-Wert?

Lösung

1. Berechnung der Nullstelle von \(f\): Ansatz \(f(x) = 0\). \(1{,}2x - 3 = 0 \Rightarrow 1{,}2x = 3 \Rightarrow x = \frac{3}{1{,}2} = 2{,}5\). Der Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse ist \(N_f(2{,}5|0)\). 2. Vergleich mit der Funktion \(g\): Berechne den Funktionswert von \(g\) an der Stelle \(x = 2{,}5\). \(g(2{,}5) = 0{,}5 \cdot 2{,}5 + 1 = 1{,}25 + 1 = 2{,}25\). 3. Da die \(y\)-Koordinate von \(N_f\) (also \(0\)) kleiner ist als der Funktionswert \(g(2{,}5) = 2{,}25\), liegt der Punkt \(N_f\) unterhalb des Graphen von \(g\).

Antwort

a) Die Nullstelle liegt bei \(x = 2{,}5\), der Schnittpunkt ist \(N_f(2{,}5|0)\). b) Der Punkt \(N_f\) liegt unterhalb des Graphen von \(g\), da \(0 < 2{,}25\).
4130518
Bestimme die Nullstellen der folgenden linearen Funktionen: a) \(f(x) = 6x + 18\) b) \(g(x) = \frac{3}{4}x - 6\) c) \(h(x) = 2{,}5 - 0{,}5x\) d) \(i(x) = 4(x - 2) + 12\)

Denkanstöße

- Was bedeutet es für den Funktionswert, wenn eine Stelle eine Nullstelle ist? - Wie kannst du eine Gleichung nach der Unbekannten umstellen? - Bei Teilaufgabe d) kann es helfen, zuerst die Klammer aufzulösen oder den Term zu vereinfachen.

Lösung

1. Zur Bestimmung der Nullstelle wird die Funktionsgleichung gleich null gesetzt: \(f(x) = 0\). 2. Für \(f(x) = 6x + 18\): \(6x + 18 = 0 \Rightarrow 6x = -18 \Rightarrow x = -3\). 3. Für \(g(x) = \frac{3}{4}x - 6\): \(\frac{3}{4}x - 6 = 0 \Rightarrow \frac{3}{4}x = 6 \Rightarrow x = 6 \cdot \frac{4}{3} = 8\). 4. Für \(h(x) = 2{,}5 - 0{,}5x\): \(2{,}5 - 0{,}5x = 0 \Rightarrow 0{,}5x = 2{,}5 \Rightarrow x = \frac{2{,}5}{0{,}5} = 5\). 5. Für \(i(x) = 4(x - 2) + 12\): \(4x - 8 + 12 = 0 \Rightarrow 4x + 4 = 0 \Rightarrow 4x = -4 \Rightarrow x = -1\).

Antwort

a) \(x = -3\) b) \(x = 8\) c) \(x = 5\) d) \(x = -1\)
4130678
Ein linearer Funktionsgraph verläuft durch die Punkte \(P(0 \mid -3)\) und \(Q(4 \mid 0)\). a) Bestimme die zugehörige Funktionsgleichung der Form \(f(x) = mx + b\). b) Interpretiere die Gleichung \(f(x) = 0\) grafisch mithilfe der gegebenen Punkte. Welcher der Punkte gibt dir direkt die Lösung an?

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Steigung einer Geraden, wenn zwei Punkte bekannt sind? - Was bedeutet es für die Koordinaten eines Punktes, wenn er auf der \(x\)-Achse liegt? - Kannst du die Gleichung \(f(x) = 0\) mit der Bedeutung der Nullstelle verknüpfen?

Lösung

1. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts: Da der Punkt \(P(0 \mid -3)\) auf der \(y\)-Achse liegt, ist \(b = -3\). 2. Berechnung der Steigung \(m\): Mit der Formel \(m = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}\) ergibt sich \(m = \frac{0 - (-3)}{4 - 0} = \frac{3}{4} = 0{,}75\). 3. Aufstellen der Funktionsgleichung: \(f(x) = 0{,}75x - 3\). 4. Grafische Interpretation von \(f(x) = 0\): Die Lösung dieser Gleichung ist der \(x\)-Wert, bei dem der Graph die \(x\)-Achse schneidet. 5. Identifikation der Lösung: Der Punkt \(Q(4 \mid 0)\) liegt auf der \(x\)-Achse (da der \(y\)-Wert \(0\) ist). Somit ist \(x = 4\) die Lösung der Gleichung.

Antwort

a) Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = 0{,}75x - 3\). b) Die Gleichung \(f(x) = 0\) fragt nach der Nullstelle der Funktion. Der Punkt \(Q(4 \mid 0)\) liegt auf der \(x\)-Achse, daher ist die Lösung \(x = 4\) direkt aus den Koordinaten von \(Q\) ablesbar.
4139188
Zwei lineare Funktionen sind gegeben durch \(f(x) = 2x - 5\) und \(g(x) = -x + 4\). Bestimme rechnerisch die Nullstellen beider Funktionen. Welche der beiden Nullstellen liegt auf der \(x\)-Achse weiter rechts?

Denkanstöße

- Was bedeutet der Begriff „Nullstelle“ für den Funktionswert \(y\) bzw. \(f(x)\)? - Wie kannst du eine Gleichung nach der Unbekannten \(x\) auflösen? - Stell dir die \(x\)-Achse wie ein Lineal vor – welcher Wert liegt weiter in der positiven Richtung?

Lösung

1. Berechnung der Nullstelle von \(f\): Ansatz \(f(x) = 0 \Rightarrow 2x - 5 = 0 \Rightarrow 2x = 5 \Rightarrow x_1 = 2{,}5\). 2. Berechnung der Nullstelle von \(g\): Ansatz \(g(x) = 0 \Rightarrow -x + 4 = 0 \Rightarrow x_2 = 4\). 3. Vergleich der Werte: Da \(4 > 2{,}5\), liegt die Nullstelle der Funktion \(g\) weiter rechts auf der \(x\)-Achse.

Antwort

Die Nullstelle von \(f\) liegt bei \(x_1 = 2{,}5\), die von \(g\) bei \(x_2 = 4\). Die Nullstelle von \(g\) liegt weiter rechts.
4128968
Untersuche die folgenden drei Funktionen auf die Anzahl ihrer Nullstellen. Berechne jeweils die Nullstelle, falls sie existiert. 1. Eine Ursprungsgerade \(g_1\), die durch den Punkt \(A(4|2)\) verläuft. 2. Eine Gerade \(g_2\) mit der Steigung \(m = -2\), die die y-Achse bei \(y = 4\) schneidet. 3. Eine konstante Funktion \(g_3\), deren Graph durch den Punkt \(B(1|0)\) verläuft.

Denkanstöße

- Was zeichnet eine Ursprungsgerade im Vergleich zu einer allgemeinen linearen Funktion aus? - Wie viele Nullstellen kann eine Gerade haben, die direkt auf der x-Achse liegt? - Setze den Funktionsterm gleich Null, um die Nullstellen rechnerisch zu bestimmen.

Lösung

1. Funktion \(g_1\): Da es eine Ursprungsgerade ist, gilt \(c = 0\). Mit \(A(4|2)\) ergibt sich \(2 = m \cdot 4\), also \(m = 0{,}5\). Die Gleichung ist \(g_1(x) = 0{,}5x\). Nullstelle: \(0{,}5x = 0 \implies x = 0\). Es gibt genau eine Nullstelle. 2. Funktion \(g_2\): Gegeben sind \(m = -2\) und \(c = 4\). Die Gleichung ist \(g_2(x) = -2x + 4\). Nullstelle berechnen: \(-2x + 4 = 0 \implies 2x = 4 \implies x = 2\). Es gibt genau eine Nullstelle. 3. Funktion \(g_3\): Eine konstante Funktion hat die Form \(f(x) = c\). Da der Graph durch \(B(1|0)\) geht, muss \(c = 0\) sein. Die Gleichung ist \(g_3(x) = 0\). Da der Funktionswert für jedes \(x\) Null ist, hat diese Funktion unendlich viele Nullstellen (sie liegt auf der x-Achse).

Antwort

1. \(g_1(x) = 0{,}5x\); eine Nullstelle bei \(x = 0\). 2. \(g_2(x) = -2x + 4\); eine Nullstelle bei \(x = 2\). 3. \(g_3(x) = 0\); unendlich viele Nullstellen (jede reelle Zahl ist eine Nullstelle; der Graph ist die \(x\)-Achse).
4129188
Gegeben sind die beiden linearen Funktionen \(f\) und \(g\) mit: \(f(x) = 2x - 6\) \(g(x) = ax + 3\) Bestimme den Wert des Parameters \(a\) so, dass die Graphen beider Funktionen die \(x\)-Achse im selben Punkt schneiden.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst die Stelle, an der die erste Funktion die \(x\)-Achse schneidet. - Was bedeutet es für die zweite Funktion, wenn sie denselben Schnittpunkt auf der \(x\)-Achse hat? - Welchen Wert muss die zweite Funktion an dieser Stelle annehmen? - Kannst du diesen Wert nutzen, um eine Gleichung für den gesuchten Parameter aufzustellen?

Lösung

1. Zuerst wird die Nullstelle der Funktion \(f\) berechnet: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = 3\). 2. Da beide Graphen denselben Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse haben sollen, muss auch die Funktion \(g\) bei \(x = 3\) eine Nullstelle haben. 3. Es gilt also die Bedingung \(g(3) = 0\). 4. Einsetzen der Werte in die Funktionsgleichung von \(g\): \(0 = a \cdot 3 + 3\). 5. Auflösen der Gleichung nach \(a\): \(3a = -3 \Rightarrow a = -1\). 6. Der gesuchte Parameter ist \(a = -1\).

Antwort

\(a = -1\)
4130528
Gegeben ist die Funktion \(f(x) = ax - 10\). 1. Bestimme den Wert für den Parameter \(a\), sodass die Funktion die Nullstelle \(x = 2{,}5\) besitzt. 2. Eine neue Funktion \(g\) entsteht durch \(g(x) = f(x) + 5\). Berechne die Nullstelle von \(g\) unter Verwendung des zuvor ermittelten Wertes für \(a\).

Denkanstöße

- Wenn eine Nullstelle gegeben ist, welchen Wert hat dann \(f(x)\) an dieser Stelle? - Wie verändert sich die Funktionsgleichung, wenn du eine Zahl zum gesamten Term addierst?

Lösung

1. Einsetzen der Nullstelle \(x = 2{,}5\) in \(f(x) = 0\): \(a \cdot 2{,}5 - 10 = 0\). 2. Auflösen nach \(a\): \(2{,}5a = 10 \Rightarrow a = 4\). 3. Aufstellen der Funktionsgleichung für \(g\): \(g(x) = (4x - 10) + 5 = 4x - 5\). 4. Nullstelle von \(g\) berechnen: \(4x - 5 = 0 \Rightarrow 4x = 5 \Rightarrow x = 1{,}25\).

Antwort

1. \(a = 4\) 2. Die Nullstelle von \(g\) liegt bei \(x = 1{,}25\).
4130538
Zwei lineare Funktionen \(f\) und \(g\) schneiden die x-Achse an derselben Stelle. Die Funktion \(f\) ist gegeben durch \(f(x) = -\frac{1}{2}x + 4\). Der Graph von \(g\) verläuft durch den Punkt \(P(0 \mid -4)\). Ermittle die Funktionsgleichung von \(g\) und erkläre ohne Rechnung, warum die Steigung von \(g\) positiv sein muss.

Denkanstöße

- Was bedeutet es geometrisch, wenn zwei Funktionen dieselbe Nullstelle haben? - Welche Information liefert dir ein Punkt der Form \((0 \mid y)\) für die Funktionsgleichung \(y = mx + b\)? - Skizziere die beiden Punkte von \(g\) grob in ein Koordinatensystem. Geht der Graph „bergauf“ oder „bergab“?

Lösung

1. Nullstelle von \(f\) berechnen: \(-\frac{1}{2}x + 4 = 0 \Rightarrow 4 = \frac{1}{2}x \Rightarrow x = 8\). 2. Da \(g\) dieselbe Nullstelle hat, verläuft \(g\) durch \(N(8 \mid 0)\). 3. Punkt \(P(0 \mid -4)\) ist der y-Achsenabschnitt von \(g\), also \(b = -4\). 4. Steigung \(m\) von \(g\) mit \(N(8 \mid 0)\) bestimmen: \(m \cdot 8 - 4 = 0 \Rightarrow 8m = 4 \Rightarrow m = 0{,}5\). 5. Funktionsgleichung: \(g(x) = 0{,}5x - 4\). 6. Begründung der positiven Steigung: Der Graph startet bei einem negativen y-Wert (\(-4\)) und erreicht erst bei einem positiven x-Wert (\(8\)) die x-Achse. Da die Funktion linear ist, muss sie also steigen.

Antwort

Die Funktionsgleichung lautet \(g(x) = 0{,}5x - 4\). Die Steigung muss positiv sein, da der Funktionswert vom negativen y-Achsenabschnitt (\(-4\)) bis zur Nullstelle bei \(x = 8\) ansteigen muss.
4130828
Eine lineare Funktion \(f\) schneidet die \(y\)-Achse bei \(3\) und verläuft durch den Punkt \(Q(5|13)\). Berechne die Nullstelle dieser Funktion.

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Funktionsgleichung, wenn der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse gegeben ist? - Wie berechnet man die Steigung, wenn zwei Punkte (oder ein Punkt und der Achsenabschnitt) bekannt sind? - Welche Bedingung muss für den Funktionswert an einer Nullstelle gelten?

Lösung

1. Bestimmung des \(y\)-Achsenabschnitts \(b = 3\) aus der Aufgabenstellung. 2. Einsetzen des Punktes \(Q(5|13)\) in den Ansatz \(f(x) = mx + 3\), um die Steigung \(m\) zu berechnen: \(13 = m \cdot 5 + 3 \Rightarrow 10 = 5m \Rightarrow m = 2\). 3. Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = 2x + 3\). 4. Zur Berechnung der Nullstelle wird \(f(x) = 0\) gesetzt: \(0 = 2x + 3\). 5. Auflösen nach \(x\): \(-3 = 2x \Rightarrow x = -1{,}5\).

Antwort

Die Nullstelle der Funktion liegt bei \(x = -1{,}5\).
4130838
Gegeben ist die lineare Funktion \(g\) mit \(g(x) = 0{,}5x - 2\). Eine andere lineare Funktion \(f\) hat die Steigung \(3\) und besitzt dieselbe Nullstelle wie \(g\). Berechne den Funktionswert \(f(10)\).

Denkanstöße

- Kannst du zuerst herausfinden, an welcher Stelle die erste Funktion die \(x\)-Achse schneidet? - Wenn zwei Funktionen dieselbe Nullstelle haben, welchen Punkt haben sie dann gemeinsam? - Wie nutzt du die Steigung und diesen gemeinsamen Punkt, um die Gleichung der zweiten Funktion aufzustellen?

Lösung

1. Berechnung der Nullstelle von \(g(x)\) durch Nullsetzen: \(0 = 0{,}5x - 2 \Rightarrow 2 = 0{,}5x \Rightarrow x = 4\). Die gemeinsame Nullstelle ist \(x = 4\); der gemeinsame Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse ist \(S_x(4|0)\). 2. Aufstellen der Gleichung für \(f(x) = 3x + b\) unter Verwendung des Punktes \(S_x(4|0)\). 3. Bestimmung von \(b\): \(0 = 3 \cdot 4 + b \Rightarrow 0 = 12 + b \Rightarrow b = -12\). Die Gleichung für \(f\) ist \(f(x) = 3x - 12\). 4. Einsetzen von \(x = 10\) in die Funktion \(f\): \(f(10) = 3 \cdot 10 - 12\). 5. Ergebnis berechnen: \(30 - 12 = 18\).

Antwort

Der Funktionswert an der Stelle \(10\) ist \(f(10) = 18\).
4139198
Gegeben ist die Funktion \(f(x) = ax + 6\) mit dem Parameter \(a\). a) Bestimme den Wert für \(a\), sodass die Nullstelle der Funktion bei \(x = -4\) liegt. b) Untersuche, ob es einen Wert für \(a\) gibt, bei dem die Funktion keine Nullstelle besitzt. Begründe deine Antwort.

Denkanstöße

- Wenn eine Nullstelle bei einem bestimmten \(x\)-Wert liegt, was muss dann gelten, wenn du diesen Wert in die Funktionsgleichung einsetzt? - Wie verändert sich der Graph der Funktion, wenn die Steigung \(a\) immer kleiner wird und schließlich Null erreicht? - Überlege, wie eine Gerade verlaufen muss, damit sie die \(x\)-Achse niemals schneidet.

Lösung

1. Teil a: Einsetzen der Nullstelle \(x = -4\) in die Bedingung \(f(x) = 0\): \(a(-4) + 6 = 0\). 2. Umstellen der Gleichung nach \(a\): \(-4a = -6 \Rightarrow a = 1{,}5\). 3. Teil b: Untersuchung des Falls \(a = 0\). Die Funktionsgleichung lautet dann \(f(x) = 0x + 6 = 6\). 4. Da der Funktionswert konstant \(6\) ist und niemals \(0\) werden kann, existiert für \(a = 0\) keine Nullstelle. Der Graph ist eine Parallele zur \(x\)-Achse.

Antwort

a) Der Parameter ist \(a = 1{,}5\). b) Für \(a = 0\) hat die Funktion keine Nullstelle, da \(f(x) = 6\) eine waagerechte Gerade ist, die die \(x\)-Achse nicht schneidet.
4139348
Gegeben sind die zwei linearen Funktionen \(f\) und \(g\) durch ihre Funktionsgleichungen: \(f(x) = \frac{2}{3}x - 4\) \(g(x) = -\frac{1}{3}x + 2\) a) Bestimme die Nullstelle der Funktion \(f\). b) Bestimme die Nullstelle der Funktion \(g\). c) Berechne die Stelle \(x\), an der beide Funktionen denselben Funktionswert besitzen. Was fällt dir im Vergleich zu den Ergebnissen aus a) und b) auf?

Denkanstöße

- Was bedeutet es für den Funktionswert, wenn eine Stelle eine Nullstelle ist? Welchen Wert musst du für \(y\) bzw. \(f(x)\) einsetzen? - Wenn zwei Graphen sich schneiden, was gilt dann für ihre Funktionswerte an dieser Stelle? - Schau dir die Ergebnisse aus den ersten beiden Teilaufgaben noch einmal genau an und vergleiche sie mit dem Ergebnis der dritten.

Lösung

1. Nullstelle von \(f\): Der Ansatz \(f(x) = 0\) führt zur Gleichung \(\frac{2}{3}x - 4 = 0\). Durch Addition von \(4\) und Multiplikation mit \(\frac{3}{2}\) erhält man \(x = 6\). 2. Nullstelle von \(g\): Der Ansatz \(g(x) = 0\) führt zur Gleichung \(-\frac{1}{3}x + 2 = 0\). Durch Subtraktion von \(2\) und Multiplikation mit \(-3\) erhält man \(x = 6\). 3. Schnittstelle berechnen: Gleichsetzen der Funktionsterme \(f(x) = g(x)\) ergibt \(\frac{2}{3}x - 4 = -\frac{1}{3}x + 2\). Addition von \(\frac{1}{3}x\) führt zu \(x - 4 = 2\), woraus durch Addition von \(4\) ebenfalls \(x = 6\) folgt. 4. Vergleich: Da beide Funktionen bei \(x = 6\) den Funktionswert \(0\) haben, liegt ihr Schnittpunkt genau auf der \(x\)-Achse.

Antwort

a) \(x = 6\) b) \(x = 6\) c) Die Stelle ist \(x = 6\). Auffällig ist, dass beide Funktionen dieselbe Nullstelle haben und sich daher genau dort auf der \(x\)-Achse schneiden.
4139648
Betrachte die beiden linearen Funktionen \(g(x) = -1{,}5x + 6\) und \(h(x) = 0{,}5x - 3\). a) Berechne für beide Funktionen die Schnittpunkte mit der \(x\)-Achse und der \(y\)-Achse. b) Welche der beiden Geraden schneidet die \(x\)-Achse weiter rechts? Begründe deine Antwort. c) Welche der beiden Geraden schneidet die \(y\)-Achse im positiven Bereich?

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Stelle, an der ein Graph die \(x\)-Achse berührt? - Was bedeutet es geometrisch auf dem Zahlenstrahl, wenn ein Punkt „weiter rechts“ liegt? - Woran erkennst du in der Funktionsgleichung sofort den Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse?

Lösung

1. Schnittpunkte für \(g(x)\) berechnen: \(y\)-Achse bei \(x=0 \Rightarrow g(0)=6 \Rightarrow S_y(0|6)\). \(x\)-Achse bei \(g(x)=0 \Rightarrow 0 = -1{,}5x + 6 \Rightarrow 1{,}5x = 6 \Rightarrow x = 4 \Rightarrow S_x(4|0)\). 2. Schnittpunkte für \(h(x)\) berechnen: \(y\)-Achse bei \(x=0 \Rightarrow h(0)=-3 \Rightarrow S_y(0|-3)\). \(x\)-Achse bei \(h(x)=0 \Rightarrow 0 = 0{,}5x - 3 \Rightarrow 0{,}5x = 3 \Rightarrow x = 6 \Rightarrow S_x(6|0)\). 3. Vergleich der \(x\)-Schnittpunkte: \(6 > 4\), daher schneidet der Graph von \(h\) die \(x\)-Achse weiter rechts. 4. Vergleich der \(y\)-Schnittpunkte: \(6\) ist positiv, \(-3\) ist negativ. Daher schneidet der Graph von \(g\) die \(y\)-Achse im Positiven.

Antwort

a) \(g\): \(S_x(4|0)\), \(S_y(0|6)\); \(h\): \(S_x(6|0)\), \(S_y(0|-3)\) b) Die Gerade von \(h\), da die Nullstelle \(x = 6\) größer ist als \(x = 4\). c) Die Gerade von \(g\), da der \(y\)-Achsenabschnitt \(6\) positiv ist.
4139658
Die lineare Funktion \(k\) ist definiert durch \(k(x) = ax + 10\). Die Nullstelle von \(k\) liegt an derselben Stelle wie die Nullstelle der Funktion \(p(x) = 2x - 8\). Bestimme den Wert des Parameters \(a\).

Denkanstöße

- Was bedeutet es für zwei Funktionen, wenn sie „dieselbe Nullstelle“ haben? - Berechne zuerst den \(x\)-Wert, für den \(p(x)\) null wird. - Wie kannst du diesen \(x\)-Wert nutzen, um die unbekannte Zahl in der anderen Gleichung zu finden?

Lösung

1. Die Nullstelle von \(p(x)\) berechnen: \(2x - 8 = 0 \Rightarrow 2x = 8 \Rightarrow x = 4\). 2. Da \(k\) dieselbe Nullstelle hat, muss gelten: \(k(4) = 0\). 3. Den Wert \(x = 4\) in die Gleichung für \(k\) einsetzen: \(a \cdot 4 + 10 = 0\). 4. Die Gleichung nach \(a\) auflösen: \(4a = -10 \Rightarrow a = -2{,}5\).

Antwort

\(a = -2{,}5\)
4332078
Betrachte den Graphen der linearen Funktion \(f\). a) Bestimme die Steigung \(m\) und den \(y\)-Achsenabschnitt \(b\). b) Berechne die Nullstelle der Funktion (den Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse). c) Gib die Gleichung einer proportionalen Funktion \(p\) an, die dieselbe Steigung hat.
Abbildung zur Aufgabe 433207

Denkanstöße

- Für die Steigung kannst du zwei Punkte suchen, die genau auf den Gitterkreuzungen liegen. - Die Nullstelle ist der Wert von \(x\), bei dem der Graph die \(x\)-Achse schneidet. - Was zeichnet eine proportionale Funktion im Vergleich zu einer allgemeinen linearen Funktion aus?

Lösung

1. Aus dem Graphen ablesen: - Die Gerade schneidet die \(y\)-Achse bei \((0 \mid -3)\), also ist \(b = -3\). - Geht man vom Punkt \((0 \mid -3)\) um \(4\) Einheiten nach rechts, muss man um \(3\) Einheiten nach oben gehen, um wieder auf der Geraden zu sein (\((4 \mid 0)\)). Die Steigung ist \(m = \frac{3}{4} = 0{,}75\). - Die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = 0{,}75x - 3\). 2. Nullstelle berechnen: \(0 = 0{,}75x - 3\) \(3 = 0{,}75x\) \(x = 4\) Die Nullstelle liegt bei \(x = 4\). 3. Proportionale Funktion: Eine proportionale Funktion verläuft durch den Ursprung (\(b = 0\)) und hat dieselbe Steigung. Gleichung: \(p(x) = 0{,}75x\).

Antwort

a) Steigung \(m = 0{,}75\), \(y\)-Achsenabschnitt \(b = -3\). b) Die Nullstelle liegt bei \(x = 4\). c) Die proportionale Funktion lautet \(p(x) = 0{,}75x\).
4332148
Bestimme die Funktionsgleichung der Geraden \(f\). Lies die Nullstelle, also den Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse, aus der Zeichnung ab und überprüfe dein Ergebnis anschließend rechnerisch.
Abbildung zur Aufgabe 433214

Denkanstöße

- An der Nullstelle ist der Funktionswert gleich \(0\). - Bestimme die Steigung mithilfe zweier Punkte, die genau auf Gitterpunkten liegen.

Lösung

1. Der \(y\)-Achsenabschnitt ist \(b = -4\). Geht man \(5\) Einheiten nach rechts, steigt die Gerade um \(4\) Einheiten. Daher ist \(m = \frac{4}{5} = 0{,}8\), also \(f(x) = 0{,}8x - 4\). 2. Aus der Zeichnung liest man die Nullstelle \(x = 5\) ab. 3. Zur rechnerischen Überprüfung setzt man \(f(x) = 0\): \(0 = 0{,}8x - 4\), also \(4 = 0{,}8x\) und \(x = 4 : 0{,}8 = 5\).

Antwort

Funktionsgleichung: \(f(x) = 0{,}8x - 4\) Nullstelle: \(x = 5\)
4332778
Der Graph einer linearen Funktion \(f\) hat die Steigung \(m = -0{,}4\) und die Nullstelle \(x = 5\). Bestimme rechnerisch den \(x\)-Wert, für den der Funktionswert \(-2\) beträgt.
Abbildung zur Aufgabe 433277

Denkanstöße

- Eine Nullstelle bei \(x = 5\) bedeutet, dass der Punkt \((5 \mid 0)\) auf dem Graphen liegt. - Nutze die allgemeine Geradengleichung \(y = mx + b\), um zuerst den \(y\)-Achsenabschnitt \(b\) zu berechnen. - Setze anschließend den gegebenen Funktionswert ein und löse die Gleichung nach \(x\) auf.

Lösung

1. Verwende die Form \(f(x) = mx + b\). 2. Aus der Nullstelle folgt \(f(5) = 0\), also \(0 = -0{,}4 \cdot 5 + b\). Damit ist \(b = 2\), und die Funktionsgleichung lautet \(f(x) = -0{,}4x + 2\). 3. Setze den gesuchten Funktionswert ein: \(-2 = -0{,}4x + 2\). 4. Löse nach \(x\) auf: \(-4 = -0{,}4x\), also \(x = 10\).

Antwort

Der Funktionswert beträgt \(-2\) für \(x = 10\).
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Betrachte die Funktionenschar \(f_c(x) = 2x + c\), wobei \(c\) eine beliebige reelle Zahl ist. a) Zeige allgemein, dass jede Funktion dieser Schar genau eine Nullstelle besitzt, indem du die Gleichung \(2x + c = 0\) nach \(x\) auflöst. b) Wie verändert sich die Lage der Nullstelle auf der x-Achse, wenn der Wert von \(c\) vergrößert wird? Beschreibe den Zusammenhang. c) Bestimme den Wert für \(c\) so, dass die Nullstelle genau bei \(x = -4{,}5\) liegt.

Denkanstöße

- Stelle dir vor, wie sich der Graph einer Geraden verschiebt, wenn du nur den y-Achsenabschnitt änderst. - Wenn du eine Gleichung nach \(x\) auflöst und ein eindeutiges Ergebnis erhältst, was sagt das über die Anzahl der Lösungen aus? - Was passiert mit einem negativen Ausdruck, wenn die darin enthaltene Variable größer wird?

Lösung

1. Lösung zu a): Die Gleichung \(2x + c = 0\) wird nach \(x\) umgestellt: \(2x = -c \implies x = -\frac{c}{2}\). Da für jedes \(c\) genau ein Wert für \(x\) berechnet werden kann, existiert immer genau eine Nullstelle. 2. Analyse zu b): Die Nullstelle liegt bei \(x = -0{,}5c\). Wenn \(c\) größer wird, wird der Wert \(-0{,}5c\) kleiner (stärker negativ). Die Nullstelle verschiebt sich also auf der x-Achse nach links. 3. Berechnung zu c): Setze \(x = -4{,}5\) in die Formel für die Nullstelle ein: \(-4{,}5 = -\frac{c}{2}\). Multiplikation mit \(-2\) ergibt \(c = 9\).

Antwort

a) \(x = -\frac{c}{2}\). Da dies für jedes \(c\) eine eindeutige Lösung ist, gibt es genau eine Nullstelle. b) Wenn \(c\) vergrößert wird, verschiebt sich die Nullstelle nach links (in negative Richtung), da der Wert \(-\frac{c}{2}\) kleiner wird. c) \(c = 9\)
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Man kann die Lösung der Gleichung \(x + 2 = 5\) auf zwei verschiedene Arten grafisch interpretieren: 1. Als \(x\)-Koordinate des Schnittpunkts der beiden Geraden \(y = x + 2\) und \(y = 5\). 2. Als Nullstelle der Funktion \(h(x) = x - 3\). Erkläre, wie man von der ersten Sichtweise zur zweiten gelangt, und berechne die Lösung \(x\).

Denkanstöße

- Was passiert mit einer Gleichung, wenn du auf beiden Seiten denselben Wert subtrahierst? - Wie verändert sich die Lage eines Graphen im Koordinatensystem, wenn man von der Funktionsgleichung einen festen Wert abzieht? - Haben beide grafischen Darstellungen dieselbe Lösung für \(x\)?

Lösung

1. Ausgangsgleichung: \(x + 2 = 5\). 2. Umformung zur Nullstellenform: Subtraktion von \(5\) auf beiden Seiten ergibt \(x + 2 - 5 = 0\), vereinfacht \(x - 3 = 0\). 3. Definition der Funktion \(h(x)\): Der linke Teil der umgeformten Gleichung entspricht der Funktionsvorschrift \(h(x) = x - 3\). Die Suche nach der Lösung von \(x - 3 = 0\) ist grafisch die Suche nach der Nullstelle von \(h\). 4. Berechnung der Lösung: \(x - 3 = 0 \implies x = 3\). 5. Vergleich der Sichtweisen: Bei Sichtweise 1 sucht man, wo die Gerade \(y = x + 2\) die Höhe \(5\) erreicht. Bei Sichtweise 2 hat man das gesamte System um \(5\) Einheiten nach unten verschoben, sodass man nun den Schnittpunkt mit der \(x\)-Achse (Höhe \(0\)) sucht. Die \(x\)-Koordinate bleibt dabei gleich.

Antwort

Man gelangt zur zweiten Sichtweise, indem man die Gleichung durch Subtraktion von \(5\) auf die Form „Ausdruck \( = 0\)“ bringt (\(x - 3 = 0\)). Grafisch entspricht dies einer vertikalen Verschiebung der Graphen, die die \(x\)-Koordinate des Schnittpunkts unberührt lässt. Die Lösung ist \(x = 3\).
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Ein Schüler stellt folgende Hypothese auf: „Wenn ich in der Funktionsgleichung \(y = mx + n\) den Wert für \(n\) verändere, verschiebt sich die Gerade zwar, aber die Anzahl der Nullstellen bleibt immer gleich.“ a) Überprüfe die Hypothese für den Fall \(m = 1{,}5\). Bleibt die Anzahl der Nullstellen beim Verändern von \(n\) immer gleich? b) Überprüfe die Hypothese für den Fall \(m = 0\). Erkläre, warum die Hypothese hier problematisch ist. c) Untersuche, ob eine Gerade, die nicht notwendigerweise der Graph einer Funktion ist, die \(x\)-Achse in genau zwei verschiedenen Punkten schneiden kann. Begründe deine Überlegung.

Denkanstöße

- Probiere für \(n\) verschiedene Werte wie \(2\), \(-3\) oder \(0\) aus und schau, was mit dem Schnittpunkt passiert. - Was passiert bei einer Steigung von Null, wenn die Gerade genau auf der Höhe Null liegt? - Erinnere dich an die Definition einer Geraden: Kann sie Kurven machen oder ist sie immer schnurgerade?

Lösung

1. Fall \(m = 1{,}5\): Die Nullstelle wird berechnet durch \(1{,}5x + n = 0 \implies x = -\frac{n}{1{,}5}\). Da für jeden beliebigen Wert von \(n\) genau ein Wert für \(x\) existiert, bleibt die Anzahl der Nullstellen immer konstant bei eins. Die Hypothese stimmt hier. 2. Fall \(m = 0\): Die Gleichung lautet \(y = n\). Wenn \(n \neq 0\), gibt es keine Nullstelle. Wenn \(n = 0\), ist die Gerade die \(x\)-Achse und hat unendlich viele Nullstellen. Eine Änderung von \(n\), zum Beispiel von \(1\) auf \(0\), ändert also die Anzahl der Nullstellen. Die Hypothese ist hier falsch. 3. Genau zwei Schnittpunkte mit der \(x\)-Achse: Eine Gerade ist durch zwei Punkte eindeutig festgelegt. Schneidet sie die \(x\)-Achse in zwei verschiedenen Punkten, muss sie mit der \(x\)-Achse identisch sein. Dann besitzt sie jedoch unendlich viele Schnittpunkte mit der \(x\)-Achse. Daher kann eine Gerade die \(x\)-Achse nicht in genau zwei Punkten schneiden.

Antwort

a) Ja, für \(m \neq 0\) gibt es unabhängig von \(n\) immer genau eine Nullstelle bei \(x = -\frac{n}{m}\). b) Bei \(m = 0\) ist die Hypothese falsch. Für \(n \neq 0\) gibt es keine Nullstelle, für \(n = 0\) unendlich viele. c) Nein. Schneidet eine Gerade die \(x\)-Achse in zwei verschiedenen Punkten, ist sie die \(x\)-Achse selbst und hat unendlich viele solche Schnittpunkte.

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