MathematikKlasse 7–9

Lineare Funktion

Verändere Steigung und y-Achsenabschnitt einer Geraden und lies Steigungsdreieck und Nullstelle ab.

Simulation wird geladen …

Worum geht es?

Eine lineare Funktion hat die Funktionsgleichung

f(x)=m⋅x+tf(x) = m \cdot x + t

Ihr Graph ist immer eine Gerade.

  • Der y-Achsenabschnitt tt gibt an, wo die Gerade die y-Achse schneidet: im Punkt (0∣t)(0 \mid t).
  • Die Steigung mm gibt an, wie steil die Gerade ist: Geht man 1 nach rechts, so geht es mm nach oben – bei negativem mm nach unten. Genau das zeigt das Steigungsdreieck.

Kennt man zwei Punkte P1(x1∣y1)P_1(x_1 \mid y_1) und P2(x2∣y2)P_2(x_2 \mid y_2) der Geraden, berechnet man die Steigung so:

m=y2−y1x2−x1=ΔyΔxm = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \frac{\Delta y}{\Delta x}

Die Nullstelle ist die Stelle, an der die Gerade die x-Achse schneidet. Man findet sie, indem man f(x)=0f(x) = 0 setzt: x0=−tmx_0 = -\frac{t}{m} (für m≠0m \neq 0). Bei m=0m = 0 verläuft die Gerade waagrecht: Für t≠0t \neq 0 gibt es keine Nullstelle, für t=0t = 0 liegt sie auf der x-Achse.

Eine senkrechte Gerade ist kein Graph einer Funktion, denn zu einem xx-Wert gehören dort unendlich viele yy-Werte. Deshalb kann man sie in der Simulation nicht einstellen.

Ausprobieren

  1. Verändere nur tt. Was passiert mit der Geraden – und was bleibt gleich? Beispiel laden
  2. Verändere nur mm. Beobachte das Steigungsdreieck. Was passiert bei m=0m = 0? Beispiel laden
  3. Ziehe die markierten Punkte direkt im Koordinatensystem: den Punkt auf der y-Achse und die Spitze des Steigungsdreiecks.
  4. Schalte die zweite Gerade gg ein. Wann schneiden sich zwei Geraden nicht? Parallele Geraden

Aufgaben

Aufgabe 1: Funktionsgleichung ablesen

Aufgabe laden Lies die Steigung und den y-Achsenabschnitt am Graphen ab und gib die Funktionsgleichung an. Die Ergebnisse rechts sind verdeckt – decke sie erst zur Kontrolle auf.

Lösung anzeigen

Die Gerade schneidet die y-Achse bei 2, also ist t=2t = 2. Geht man 1 nach rechts, geht es 1,5 nach unten, also ist m=−1,5m = -1{,}5:

f(x)=−1,5x+2f(x) = -1{,}5x + 2

Aufgabe 2: Gerade durch zwei Punkte

Bestimme die Gleichung der Geraden durch A(−2∣−1)A(-2 \mid -1) und B(2∣5)B(2 \mid 5). Stelle die Gerade anschließend in der Simulation ein und überprüfe, ob sie durch beide Punkte geht.

Lösung anzeigen

m=5−(−1)2−(−2)=64=1,5m = \frac{5 - (-1)}{2 - (-2)} = \frac{6}{4} = 1{,}5

Einsetzen von AA: −1=1,5⋅(−2)+t-1 = 1{,}5 \cdot (-2) + t, also t=2t = 2. Damit ist f(x)=1,5x+2f(x) = 1{,}5x + 2. In der Simulation zeigen

Aufgabe 3: Nullstelle berechnen

Berechne die Nullstelle von f(x)=0,5x−2f(x) = 0{,}5x - 2 und überprüfe sie in der Simulation.

Lösung anzeigen

0=0,5x−2  ⇒  x=40 = 0{,}5x - 2 \;\Rightarrow\; x = 4. Die Gerade schneidet die x-Achse in N(4∣0)N(4 \mid 0). In der Simulation zeigen

Aufgabe 4: Senkrechte Geraden

Stelle f(x)=2x−1f(x) = 2x - 1 ein und schalte die zweite Gerade ein. Finde eine Gerade gg, die ff senkrecht schneidet. Was fällt dir an den beiden Steigungen auf?

Lösung anzeigen

Zum Beispiel g(x)=−0,5x+2g(x) = -0{,}5x + 2. Für senkrechte Geraden gilt m⋅m2=−1m \cdot m_2 = -1, also m2=−12m_2 = -\frac{1}{2}. Der y-Achsenabschnitt von gg ist beliebig. In der Simulation zeigen

Aufgabe 5: Handytarif (Modellieren)

Ein Handytarif kostet 5 € Grundgebühr im Monat und 2 € pro verbrauchtem Gigabyte.

  1. Stelle die Funktionsgleichung für die monatlichen Kosten auf (xx: Gigabyte, f(x)f(x): Kosten in €).
  2. Wie teuer ist ein Monat mit 3 GB?
  3. Ein zweiter Tarif kostet 8 € Grundgebühr und 1 € pro GB. Ab wie vielen GB ist er günstiger?
Lösung anzeigen
  1. f(x)=2x+5f(x) = 2x + 5
  2. f(3)=2⋅3+5=11f(3) = 2 \cdot 3 + 5 = 11, also 11 €.
  3. g(x)=x+8g(x) = x + 8. Schnittpunkt: 2x+5=x+8⇒x=32x + 5 = x + 8 \Rightarrow x = 3. Bei 3 GB kosten beide Tarife 11 €. Ab mehr als 3 GB ist der zweite Tarif günstiger. Beide Tarife zeigen

Ideen für den Unterricht

  • Einsatz: Einführung in Klasse 7/8 oder Wiederholung vor quadratischen Funktionen. Am Beamer bewährt: Die Klasse sagt vorher, was passiert, bevor ein Regler bewegt wird.
  • Bezeichnung: Die Simulation schreibt f(x)=mx+tf(x) = mx + t. Verwendet Ihr Lehrwerk bb oder nn für den y-Achsenabschnitt, weisen Sie kurz darauf hin.
  • Häufige Stolpersteine:
    • Steigung und y-Achsenabschnitt werden verwechselt.
    • Bei negativer Steigung wird das Steigungsdreieck „nach oben“ gezeichnet.
    • Die konstante Funktion (m=0m = 0) wird nicht als lineare Funktion erkannt.
    • Ein flacher wirkender Graph wird mit kleinerer Steigung gleichgesetzt, obwohl nur die Achsen anders skaliert sind. Die Simulation verwendet gleich lange Einheiten auf beiden Achsen.
  • Aufgabenmodus: Über Teilen → Ergebnisse verdecken entsteht ein Link oder QR-Code, bei dem Funktionsgleichung, Nullstelle und Schnittpunkt verdeckt sind – ideal für Ableseübungen. Mit Regler sperren wird die Einstellung nicht versehentlich verändert.
  • Differenzierung: Schnellere Lernende untersuchen mit der zweiten Geraden parallele und senkrechte Geraden oder lösen lineare Gleichungssysteme grafisch.