MathematikKlasse 6–8

Funktion oder nicht? Zuordnungen und ihre Graphen

Jedem x genau ein y? Pfeilbild, Tabelle und Graph verraten sofort, ob eine Zuordnung eine Funktion ist.

Simulation wird geladen …

Worum geht es?

Eine Zuordnung ordnet Elementen einer Menge AA Elemente einer Menge BB zu, z. B. jeder Zahl ihr Quadrat oder jedem Kind seinen Geburtsmonat. Eine Zuordnung heißt Funktion, wenn sie eindeutig ist:

Jedem Element der Definitionsmenge DD wird genau ein Element zugeordnet.

Man schreibt dann x↦f(x)x \mapsto f(x), z. B. x↦x2x \mapsto x^2. Die Menge aller zugeordneten Werte heißt Wertemenge WW.

So erkennst du eine Funktion in den drei Darstellungen:

Darstellung Funktion, wenn …
Pfeildiagramm von jedem Element links genau ein Pfeil ausgeht
Wertetabelle unter jedem xx genau ein Wert steht
Graph über jeder Stelle xx aus DD genau ein Punkt liegt (jede senkrechte Gerade trifft ihn höchstens einmal)

Wichtig: Dass bei einem Element rechts mehrere Pfeile ankommen, ist erlaubt. Bei x↦x2x \mapsto x^2 haben −2-2 und 22 beide das Quadrat 44 – trotzdem ist das eine Funktion. Verboten ist nur, dass von einem Element links mehrere Pfeile ausgehen oder gar keiner. Ein Element links ohne Pfeil bedeutet: Auf der Menge links ist die Zuordnung keine Funktion.

Umkehren: Dreht man alle Pfeile um, entsteht wieder eine Zuordnung – aber nicht immer eine Funktion. Aus „Zahl ↦\mapsto Quadrat“ wird „Quadratzahl ↦\mapsto Zahl mit diesem Quadrat“: Der 44 wären −2-2 und 22 zugeordnet, der 22 (in den ganzen Zahlen) gar nichts.

Senkrechter Linientest: Ein Graph gehört genau dann zu einer Funktion, wenn jede Parallele zur yy-Achse ihn höchstens einmal schneidet. Schneidet eine senkrechte Gerade x=cx = c den Graphen zweimal, wären der Stelle cc zwei Werte zugeordnet. Ein Kreis oder eine „liegende“ Parabel sind deshalb keine Funktionsgraphen, ein Halbkreis oder eine Treppenfunktion schon.

Definitions- und Wertemenge am Graphen: DD ist der „Schatten“ des Graphen auf der xx-Achse, WW der Schatten auf der yy-Achse. Für f(x)=0,5x2−2f(x) = 0{,}5x^2 - 2 gilt D=RD = \mathbb{R} und W={y∣y≥−2}W = \{y \mid y \geq -2\}.

Ausprobieren

  1. Lade Zahl ↦ Quadrat. Bei welchen Elementen rechts kommen zwei Pfeile an? Warum ist das trotzdem eine Funktion?
  2. Drücke Umkehren bzw. lade Quadrat ↦ Zahl. Welche zwei verschiedenen Probleme zeigt das Pfeildiagramm – und wie sieht man sie in der Wertetabelle und im Graphen?
  3. Kehre auch x ↦ 2x + 1 um. Warum ist hier die Umkehrung wieder eine Funktion?
  4. In der eigenen Zuordnung stimmt etwas nicht. Repariere sie mit möglichst wenigen Änderungen: Tippe erst links, dann rechts auf ein Element (oder ziehe einen Pfeil), um Pfeile zu setzen oder zu entfernen.
  5. Wechsle zu Graph & Linientest beim Kreis. Ziehe die senkrechte Gerade: Wo schneidet sie zweimal, einmal, keinmal?
  6. Vergleiche den Halbkreis mit dem Kreis. Lies DD und WW ab.
  7. Untersuche die Treppenfunktion an einer ganzen Zahl: Welcher Punkt gehört zum Graphen, der volle oder der hohle?
  8. Drücke bei der S-Kurve auf Linientest abtasten und beobachte die Leiste unter dem Graphen. Zwischen welchen Stellen gibt es drei Schnittpunkte?

Aufgaben

Aufgabe 1: Funktion oder nicht?

Entscheide und begründe: (a) Schüler ↦\mapsto Körpergröße (heute gemessen), (b) Körpergröße ↦\mapsto Schüler, (c) Zahl ↦\mapsto ihr Doppeltes, (d) Zahl ↦\mapsto ihre Teiler, (e) Person ↦\mapsto Geburtstag, (f) Geburtstag ↦\mapsto Person.

Lösung anzeigen

(a) Funktion: Jeder Schüler hat heute genau eine Körpergröße. (b) Keine Funktion: Zwei Schüler können gleich groß sein; außerdem gibt es Größen, die niemand hat. (c) Funktion: x↦2xx \mapsto 2x. (d) Keine Funktion: 66 hat die Teiler 11, 22, 33 und 66. (e) Funktion: Jede Person hat genau einen Geburtstag. Dass zwei Personen am selben Tag Geburtstag haben, ist erlaubt. (f) Keine Funktion: An einem Tag können mehrere Personen Geburtstag haben, an manchen Tagen niemand.

Aufgabe 2: Pfeildiagramm reparieren

Aufgabe laden Ist die Zuordnung eine Funktion? Ändere so wenige Pfeile wie möglich, damit eine Funktion entsteht.

Lösung anzeigen

Keine Funktion: Von 33 gehen zwei Pfeile aus (zu 11 und 55), von 44 keiner. Zwei Änderungen genügen, z. B. den Pfeil 3→53 \to 5 entfernen und einen Pfeil 4→34 \to 3 setzen. Dass danach vielleicht zwei Pfeile bei derselben Zahl ankommen, ist erlaubt. Mit Urteil zeigen

Aufgabe 3: Wertetabellen prüfen

Gehört die Wertetabelle zu einer Funktion x↦yx \mapsto y?

(a)

xx 11 22 33 44
yy 55 77 55 99

(b)

xx 22 33 22 55
yy 11 44 66 88
Lösung anzeigen

(a) Ja: Jedes xx kommt genau einmal vor; dass der Wert 55 zweimal auftritt, ist erlaubt (im Pfeildiagramm kommen bei 55 zwei Pfeile an).

(b) Nein: Der Stelle 22 sind die Werte 11 und 66 zugeordnet – im Graphen lägen (2∣1)(2 \mid 1) und (2∣6)(2 \mid 6) senkrecht übereinander.

Aufgabe 4: Linientest

Aufgabe laden Ist die liegende Parabel x=0,5y2−2x = 0{,}5y^2 - 2 der Graph einer Funktion? Gib eine Stelle an, die das zeigt.

Lösung anzeigen

Nein. Die Gerade x=0x = 0 schneidet die Parabel zweimal, in (0∣−2)(0 \mid -2) und (0∣2)(0 \mid 2): Der Stelle 00 wären zwei Werte zugeordnet. Für x<−2x < -2 gibt es gar keinen Punkt. Zeigen

Aufgabe 5: Definitions- und Wertemenge

Aufgabe laden Bestimme DD und WW für f(x)=0,5x2−2f(x) = 0{,}5x^2 - 2.

Lösung anzeigen

Jede Zahl darf eingesetzt werden: D=RD = \mathbb{R}. Der kleinste Funktionswert ist f(0)=−2f(0) = -2, nach oben gibt es keine Grenze: W={y∣y≥−2}W = \{y \mid y \geq -2\}. Zeigen

Aufgabe 6: Sprungstellen

Bei einer Treppenfunktion zeichnet man an jeder Sprungstelle einen vollen und einen hohlen Punkt. Begründe, warum nicht beide Punkte voll sein dürfen.

Lösung anzeigen

Wären bei x=2x = 2 beide Punkte voll, also (2∣1)(2 \mid 1) und (2∣2)(2 \mid 2), dann wären der Stelle 22 zwei Werte zugeordnet – die senkrechte Gerade x=2x = 2 schnitte den Graphen zweimal. Zeigen

Aufgabe 7: Gerade und Betrag

Skizziere die Graphen und entscheide mit dem Linientest: (a) die Gerade, auf der alle Punkte mit x=2x = 2 liegen, (b) die Gerade, auf der alle Punkte mit y=2y = 2 liegen, (c) f(x)=∣x∣f(x) = |x|.

Lösung anzeigen

(a) Keine Funktion: Die Gerade ist selbst senkrecht. Die Gerade x=2x = 2 des Linientests trifft sie in unendlich vielen Punkten, der Stelle 22 wären alle Werte zugeordnet. (b) Funktion: x↦2x \mapsto 2. Jedem xx ist genau ein Wert zugeordnet, nämlich 22. (c) Funktion: Der Graph ist ein „V“ mit Spitze in (0∣0)(0 \mid 0). Jede senkrechte Gerade trifft ihn genau einmal, z. B. (−3∣3)(-3 \mid 3) und (3∣3)(3 \mid 3) liegen nebeneinander, nicht übereinander. D=RD = \mathbb{R}, W={y∣y≥0}W = \{y \mid y \geq 0\}.

Ideen für den Unterricht

  • Einsatz (Bezug als Entwurf): etwa Klasse 8, Funktion und Term: Funktion als eindeutige Zuordnung, Definitions- und Wertemenge, Graphen. Gut als Einstieg (Alltagszuordnungen im Pfeildiagramm) und zur Sicherung (Linientest, Umkehrung).
  • Darstellungen: Pfeildiagramm, Wertetabelle und Graph sind synchron – antippen oder ziehen ändert alle drei. Rot markiert sind Elemente mit mehreren Pfeilen (Zahl) oder ohne Pfeil (?). Mit show=0 werden Färbung und Urteil ausgeblendet; die Lernenden entscheiden selbst.
  • Linientest: Die Leiste unter dem Graphen zeigt, wie viele Schnittpunkte die senkrechte Gerade an jeder besuchten Stelle hat. Bei Funktionsgraphen markiert die Simulation DD (türkis, auf der xx-Achse) und WW (lila, auf der yy-Achse). Der Halbkreis f(x)=9−x2f(x) = \sqrt{9 - x^2} greift der Quadratwurzel vor und kann auch nur als Graph betrachtet werden. Eine senkrechte Gerade und die Betragsfunktion sind nicht als Graph eingebaut; Aufgabe 7 behandelt sie auf Papier.
  • Häufige Stolpersteine:
    • „Wenn zwei Pfeile beim selben Element ankommen, ist es keine Funktion.“ – Es kommt nur auf die ausgehenden Pfeile an.
    • „Eine Funktion braucht eine Formel.“ – Auch Kind ↦\mapsto Geburtsmonat ist eine Funktion.
    • „Ein Graph muss zusammenhängend sein.“ – Hyperbel und Treppenfunktion sind Funktionsgraphen.
    • Der Linientest wird waagrecht statt senkrecht ausgeführt.