2.2 Lineare Gleichungen
Aus Online Mathematik Brückenkurs 1
K (Robot: Automated text replacement (-After([\s\n]+)this([\s\n]+)section,([\s\n]+)you([\s\n]+)will([\s\n]+)have([\s\n]+)learned +Nach diesem Abschnitt sollst Du folgendes können)) |
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{{Info| | {{Info| | ||
'''Inhalt:''' | '''Inhalt:''' | ||
- | * | + | * Lineare Gleichungen |
- | * | + | * Gleichung einer Geraden |
- | * | + | * Geometrische Probleme |
- | * | + | * durch lineare Gleichungen definierte Gebiete |
}} | }} | ||
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'''Lernziele:''' | '''Lernziele:''' | ||
- | Nach diesem Abschnitt | + | Nach diesem Abschnitt solltest Du folgendes können: |
- | * | + | *Algebraische Gleichungen, die nach Vereinfachungen lineare Gleichungen ergeben, lösen. |
- | * | + | *Gleichungen zwischen den Formen ''y'' = ''kx'' + ''m'' und ''ax'' + ''by'' + ''c'' = 0. umwandeln. |
- | * | + | *Geraden, die durch eine lineare Gleichung definiert sind, zeichnen. |
- | * | + | * Geometrische Probleme mit linearen Gleichungen lösen. |
- | * | + | * Gebiete, die durch lineare Gleichungen definiert sind, zeichnen und die Fläche dieser Gebiete berechnen. |
}} | }} | ||
- | + | Die Lernziele sind Dir aus der Schule noch bestens vertraut und Du weißt ganz genau, wie man die zugehörigen Rechnungen ausführt? Dann kannst Du auch gleich mit den <b>Prüfungen</b> beginnen (Du findest den Link in der Student Lounge). | |
- | + | == A - Lineare Gleichungen == | |
+ | |||
+ | Um lineare Gleichungen zu lösen, führen wir systematisch arithmetische Operationen auf beiden Seiten der Gleichung aus. | ||
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Zeile 35: | Zeile 37: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li> | + | <li>Löse die Gleichung <math>x+3=7</math>.<br/><br/> |
- | + | Wir subtrahieren <math>3</math> von beiden Seiten | |
:<math>x+3-3=7-3</math>. | :<math>x+3-3=7-3</math>. | ||
- | + | Die linke Seite ist danach <math>x</math>, also ist unsere Gleichung gelöst: | |
:<math>x=7-3=4</math>.</li> | :<math>x=7-3=4</math>.</li> | ||
- | <li> | + | <li>Löse die Gleichung <math>3x=6</math>. <br/><br/> |
- | + | Wir dividieren beide Seiten mit <math>3</math> | |
:<math>\frac{3x}{3} = \frac{6}{3}\,</math>. | :<math>\frac{3x}{3} = \frac{6}{3}\,</math>. | ||
- | + | Nachdem wir <math>3</math> auf der linken Seite gekürzt haben, bekommen wir die Lösung: | |
:<math> x=\frac{6}{3} = 2</math>.</li> | :<math> x=\frac{6}{3} = 2</math>.</li> | ||
- | <li> | + | <li> Löse die Gleichung <math>2x+1=5\,\mbox{.}</math><br/><br/> |
- | + | Zuerst subtrahieren wir <math>1</math> von beiden Seiten, sodass <math>2x</math> alleine links steht | |
:<math>2x=5-1</math>.<br/> | :<math>2x=5-1</math>.<br/> | ||
- | + | Jetzt dividieren wir beide Seiten durch <math>2</math> und bekommen die Lösung: | |
:<math>x = \frac{4}{2} = 2</math>.</li> | :<math>x = \frac{4}{2} = 2</math>.</li> | ||
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
- | + | Eine lineare Gleichung kann immer in die Normalform <math>ax=b</math> gebracht werden. Die Lösung bekommen wir einfach mit Division durch ''a'', <math>x=b/a</math> (nur wenn <math>a\not=0</math>). | |
- | + | ||
+ | Die Schwierigkeit in der Lösung von linearen Gleichungen liegt also nicht in der direkten Lösung, sondern in den Vereinfachungen, die notwendig sind, um die Gleichung in die Standardform zu bringen. Hier zeigen wir einige Beispiele von linearen Gleichungen, die alle in die Standardform gebracht werden, wobei wir die Lösung einfach erhalten. | ||
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
'''Beispiel 2''' | '''Beispiel 2''' | ||
- | + | Löse die Gleichung <math>\,2x-3=5x+7</math>. | |
- | + | Nachdem <math>x</math> links und rechts erscheint, subtrahieren wir von beiden Seiten der Gleichung <math>2x</math> | |
{{Abgesetzte Formel||<math>2x-3-2x=5x+7-2x</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>2x-3-2x=5x+7-2x</math>}} | ||
- | + | und jetzt kommt <math>x</math> nur in der rechten Seite vor | |
{{Abgesetzte Formel||<math>-3 = 3x+7 \; \mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>-3 = 3x+7 \; \mbox{.}</math>}} | ||
- | + | Jetzt subtrahieren wir 7 von beiden Seiten der Gleichung | |
{{Abgesetzte Formel||<math>-3 -7 = 3x +7-7</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>-3 -7 = 3x +7-7</math>}} | ||
- | + | und erhalten <math>3x</math> nur auf der rechten Seite der Gleichung | |
{{Abgesetzte Formel||<math>-10=3x\,\mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>-10=3x\,\mbox{.}</math>}} | ||
- | + | Im letzten Schritt dividieren wir beide Seiten durch <math>3</math> | |
{{Abgesetzte Formel||<math>\frac{-10}{3} = \frac{3x}{3}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>\frac{-10}{3} = \frac{3x}{3}</math>}} | ||
- | + | und erhalten die Lösung | |
{{Abgesetzte Formel||<math>x=-\frac{10}{3}\,\mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>x=-\frac{10}{3}\,\mbox{.}</math>}} | ||
</div> | </div> | ||
Zeile 80: | Zeile 83: | ||
'''Beispiel 3''' | '''Beispiel 3''' | ||
- | + | Löse die Gleichung <math>ax+7=3x-b</math> nach <math> x </math> auf. | |
- | + | Indem wir <math>3x</math> von beiden Seiten subtrahieren | |
{{Abgesetzte Formel||<math>ax+7-3x=3x-b-3x</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>ax+7-3x=3x-b-3x</math>}} | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>ax+7-3x=\phantom{3x}{}-b\phantom{{}-3x}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>ax+7-3x=\phantom{3x}{}-b\phantom{{}-3x}</math>}} | ||
- | + | und danach <math>7</math> von beiden Seiten subtrahieren, erhalten wir | |
{{Abgesetzte Formel||<math>ax+7-3x -7=-b-7</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>ax+7-3x -7=-b-7</math>}} | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>ax\phantom{{}+7}{}-3x\phantom{{}-7}{}=-b-7</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>ax\phantom{{}+7}{}-3x\phantom{{}-7}{}=-b-7</math>}} | ||
- | + | Jetzt sind alle Terme, die <math>x</math> enthalten, auf der linken Seite der Gleichung und alle anderen Terme auf der rechten Seite. Auf der linken Seite können wir den Faktor <math>x</math> ausklammern (Anwendung des Distributivgesetzes). | |
{{Abgesetzte Formel||<math>(a-3)x = -b-7\; \mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>(a-3)x = -b-7\; \mbox{.}</math>}} | ||
- | + | Wenn wir beide Seiten durch <math>a-3</math> dividieren, erhalten wir die Lösung | |
{{Abgesetzte Formel||<math>x= \frac{-b-7}{a-3}\; \mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>x= \frac{-b-7}{a-3}\; \mbox{.}</math>}} | ||
+ | |||
+ | Beachte hierbei, dass <math>a</math> nicht <math>3</math> sein darf, da wir sonst durch Null teilen würden. | ||
</div> | </div> | ||
- | + | Man sieht nicht immer deutlich, ob eine Gleichung linear ist oder nicht. In den folgenden Beispielen sehen wir, dass Vereinfachungen eine komplizierte Gleichung in eine lineare Gleichung umwandeln können. | |
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
''' Beispiel 4''' | ''' Beispiel 4''' | ||
- | + | Löse die Gleichung <math>\ (x-3)^2+3x^2=(2x+7)^2</math>. | |
- | + | Wir multiplizieren die quadratischen Ausdrücke auf beiden Seiten der Gleichung aus. | |
- | + | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>x^2-6x+9+3x^2=4x^2+28x+49\,\mbox{,}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>x^2-6x+9+3x^2=4x^2+28x+49\,\mbox{,}</math>}} | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>4x^2-6x+9=4x^2+28x+49\,\mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>4x^2-6x+9=4x^2+28x+49\,\mbox{.}</math>}} | ||
- | + | Hier subtrahieren wir <math>4x^2</math> von beiden Seiten | |
{{Abgesetzte Formel||<math>-6x +9 = 28x +49\; \mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>-6x +9 = 28x +49\; \mbox{.}</math>}} | ||
- | + | und addieren <math>6x</math> zu beiden Seiten | |
{{Abgesetzte Formel||<math>9 = 34x +49\; \mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>9 = 34x +49\; \mbox{.}</math>}} | ||
- | + | und subtrahieren <math>49</math> von beiden Seiten | |
{{Abgesetzte Formel||<math>-40=34x\; \mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>-40=34x\; \mbox{.}</math>}} | ||
- | + | und schließlich dividieren wir beide Seiten durch <math>34</math> | |
{{Abgesetzte Formel||<math>x = \frac{-40}{34}= - \frac{20}{17}\; \mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>x = \frac{-40}{34}= - \frac{20}{17}\; \mbox{.}</math>}} | ||
</div> | </div> | ||
Zeile 119: | Zeile 123: | ||
''' Beispiel 5''' | ''' Beispiel 5''' | ||
- | + | Löse die Gleichung <math>\ \frac{x+2}{x^2+x} = \frac{3}{2+3x}</math>. | |
- | + | Wir sammeln beide Terme auf der linken Seite der Gleichung | |
{{Abgesetzte Formel||<math>\frac{x+2}{x^2+x}-\frac{3}{2+3x}= 0\; \mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>\frac{x+2}{x^2+x}-\frac{3}{2+3x}= 0\; \mbox{.}</math>}} | ||
- | + | und schreiben die Brüche mit gemeinsamen Nennern | |
{{Abgesetzte Formel||<math>\frac{(x+2)(2+3x)}{(x^2+x)(2+3x)}-\frac{3(x^2+x)}{(2+3x)(x^2+x)}= 0</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>\frac{(x+2)(2+3x)}{(x^2+x)(2+3x)}-\frac{3(x^2+x)}{(2+3x)(x^2+x)}= 0</math>}} | ||
- | + | und vereinfachen den Zähler | |
{{Abgesetzte Formel||<math>\frac{(x+2)(2+3x)-3(x^2+x)}{(x^2+x)(2+3x)} = 0,</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>\frac{(x+2)(2+3x)-3(x^2+x)}{(x^2+x)(2+3x)} = 0,</math>}} | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>\frac{3x^2+8x+4-(3x^2+3x)}{(x^2+x)(2+3x)} = 0,</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>\frac{3x^2+8x+4-(3x^2+3x)}{(x^2+x)(2+3x)} = 0,</math>}} | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>\frac{5x +4}{(x^2+x)(2+3x)} = 0\,\mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>\frac{5x +4}{(x^2+x)(2+3x)} = 0\,\mbox{.}</math>}} | ||
- | + | Diese Gleichung ist nur gültig, wenn der Zähler null ist (und der Nenner nicht gleichzeitig null ist). | |
{{Abgesetzte Formel||<math>5x+4=0</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>5x+4=0</math>}} | ||
- | + | und wir haben <math>\,x = -\frac{4}{5}</math>. | |
</div> | </div> | ||
+ | == B - Geraden == | ||
- | + | Gleichungen wie | |
- | + | ||
- | + | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>y = 2x+1</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>y = 2x+1</math>}} | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>y = -x+3</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>y = -x+3</math>}} | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>y = \frac{1}{2} x -5 </math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>y = \frac{1}{2} x -5 </math>}} | ||
- | + | sind Beispiele von linearen Gleichungen, die man wie | |
<div class="regel"> | <div class="regel"> | ||
Zeile 149: | Zeile 152: | ||
</div> | </div> | ||
- | + | schreiben kann, wobei <math>k</math> und <math>m</math> Konstanten sind. | |
- | + | Der Funktionsgraph einer linearen Gleichung ist immer eine gerade Linie (auch Gerade genannt). Die Konstante <math>k</math> bestimmt, wie steil die Gerade im Verhältnis zur <math>x</math>-Achse ist und die Konstante <math>m</math> ist der Schnittpunkt der Geraden mit der <math>y</math>-Achse. | |
<center>{{:2.2 - Bild - Die Gerade y = kx + m}}</center> | <center>{{:2.2 - Bild - Die Gerade y = kx + m}}</center> | ||
- | <center><small> | + | <center><small>Die Gerade ''y'' = ''kx'' + ''m'' hat die Steigung ''k'' und kreuzt die ''y''-Achse im Punkt (0,''m'')</small></center> |
- | + | ||
- | + | ||
- | + | Die Konstante <math>k</math> wird die Steigung genannt und bedeutet, dass eine Veränderung um eine Einheit in der positiven <math>x</math>-Richtung entlang der Geraden, eine Veränderung um <math>k</math> Einheiten in der positiven <math>y</math>-Richtung ergibt. Also ist die Steigung: | |
- | *<math>k<0 | + | *Aufwärts wenn <math>k>0</math>. |
+ | *Abwärts wenn <math>k<0</math>. | ||
- | + | Eine horizontale Gerade, die parallel mit der <math>x</math>-Achse ist, hat <math>k=0</math> während eine vertikale Gerade, parallel mit der <math>y</math>-Achse nicht in der Form <math>y=kx+m</math> geschrieben werden kann (Wenn die Gerade auf der ''y''-Achse liegt, ist jeder Punkt der Gerade ein Schnittpunkt mit der ''y''-Achse, also gibt es zuviele mögliche <math>m</math>. Wenn die Gerade nicht auf der ''y''-Achse liegt, gibt es keinen reellen Schnittpunkt mit der ''y''-Achse, und darum kein <math> m </math>.). | |
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Zeile 167: | Zeile 169: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li> | + | <li> Zeichne die Gerade <math>y=2x-1</math>. <br/><br/> |
- | + | Wenn wir die Gleichung mit der Standardform <math>y=kx+m</math> vergleichen, sehen wir, dass <math>k=2</math> und <math>m=-1</math>. Dies bedeutet, dass die Gerade die Steigung <math>2</math> hat und die <math>y</math>-Achse im Punkt <math>(0,-1)</math> kreuzt. Siehe die Zeichnung unten links.</li> | |
- | <li> | + | <li>Zeichne die Gerade <math>y=2-\tfrac{1}{2}x</math>.<br/><br/> |
- | + | Die Gleichung kann wie <math>y= -\tfrac{1}{2}x + 2</math> geschrieben werden. Wir sehen, dass die Steigung <math>k= -\tfrac{1}{2}</math> ist, und dass <math>m=2</math>. Siehe die Zeichnung unten rechts. | |
</ol> | </ol> | ||
Zeile 187: | Zeile 189: | ||
''' Beispiel 7''' | ''' Beispiel 7''' | ||
- | + | Was ist die Steigung der Geraden, die durch die Punkte <math>(2,1)</math> und <math>(5,3)</math> geht? | |
- | + | Wenn wir die Punkte zeichnen, sehen wir, dass <math>5-2=3</math> Einheiten entlang der Geraden in der <math>x</math>-Richtung <math>3-1=2</math> Einheiten in der <math>y</math>-Richtung entsprechen. Also entspricht <math>1</math> Schritt in der <math>x</math>-Richtung <math>k=\frac{3-1}{5-2}= \frac{2}{3}</math> Schritte in der <math>y</math>-Richtung. Also ist die Steigung <math>k= \frac{2}{3}</math>. | |
- | + | ||
- | + | ||
- | + | ||
</div> | </div> | ||
- | + | Zwei Geraden die parallel sind, haben dieselbe Steigung. Man kann auch zeigen, dass für zwei Geraden, die rechtwinkelig sind und die Steigungen <math>k_1</math> und <math>k_2</math> haben, dass <math>k_2 = -\frac{1}{k_1}</math>, oder anders geschrieben <math>k_1 k_2 = -1</math>. | |
<center>{{:2.2 - Bild - Die Steigung von rechtwinkligen Geraden}}</center> | <center>{{:2.2 - Bild - Die Steigung von rechtwinkligen Geraden}}</center> | ||
- | + | Die Gerade in der linken Zeichnung hat die Steigung <math>k</math>, also entspricht <math>1</math> Einheit in die <math>x</math>-Richtung, <math>k</math> Einheiten in die <math>y</math>-Richtung. Falls die Gerade <math>90^\circ</math> im Uhrzeigersinn gedreht wird, haben wir die Zeichnung rechts. Wir sehen, dass die Steigung jetzt <math>-\frac{1}{k}</math> ist, nachdem <math>-k</math> Einheiten in die <math>x</math>-Richtung <math>1</math> Einheit in die <math>y</math>-Richtung entsprechen. | |
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Zeile 205: | Zeile 204: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li> | + | <li> Die Geraden <math>y=3x-1</math> und <math>y=3x+5</math> sind parallel. |
- | <li> | + | <li> Die Geraden <math>y=x+1</math> und <math>y=2-x</math> sind orthogonal zueinander. |
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
- | + | Alle Geraden(auch die vertikalen) können generell wie | |
<div class="regel"> | <div class="regel"> | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>ax+by=c</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>ax+by=c</math>}} | ||
</div> | </div> | ||
- | + | geschrieben werden, wobei <math>a</math>, <math>b</math> und <math>c</math> Konstanten sind. | |
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Zeile 220: | Zeile 219: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li> | + | <li>Bringe die Gerade <math>y=5x+7</math> in die Form <math>ax+by=c</math>.<br/><br/> |
- | + | Wir subtrahieren den <math>x</math>-Term von beiden Seiten:<math>-5x+y=7</math>.</li> | |
- | <li> | + | <li> Schreibe die Gerade <math>2x+3y=-1</math> auf der Form <math>y=kx+m</math>.<br/><br/> |
- | + | Wir subtrahieren den <math>x</math>-Term von beiden Seiten | |
+ | <br/><br/> | ||
+ | <math>3y=-2x-1 </math> | ||
+ | <br/><br/> | ||
+ | und dividieren beide Seiten durch <math>3</math> | ||
{{Abgesetzte Formel||<math>y=-\frac{2}{3}x - \frac{1}{3}\,\mbox{.}</math>}} | {{Abgesetzte Formel||<math>y=-\frac{2}{3}x - \frac{1}{3}\,\mbox{.}</math>}} | ||
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
- | [http://www.cut-the-knot.org/Curriculum/Calculus/StraightLine.shtml ''' | + | [http://www.cut-the-knot.org/Curriculum/Calculus/StraightLine.shtml '''Hier'''] wird gezeigt, wie die Gleichung einer Geraden aus zwei ihrer Punkte konstruiert werden kann. |
- | + | == C - Flächen in einem Koordinatensystem == | |
- | + | Man kann durch geometrische Interpretation von Ungleichungen Gebiete in einem Koordinatensystem definieren. | |
- | + | ||
- | + | ||
- | + | ||
<div class="exempel"> | <div class="exempel"> | ||
Zeile 241: | Zeile 241: | ||
<ol type="a"> | <ol type="a"> | ||
- | <li> | + | <li>Zeichne das Gebiet im <math>x,y</math>-Koordinatensystem, das die Ungleichung <math>y\ge2</math> erfüllt. <br/><br/> |
- | + | Das Gebiet besteht aus allen Punkten, <math>(x,y)</math>, wo die <math>y</math>-Koordinate größer oder gleich <math>2</math> ist, also alle Punkte oberhalb der Geraden <math>y=2</math>.<br/> | |
<center>{{:2.2 - Bild - Das Gebiet y ≥ 2}}</center></li> | <center>{{:2.2 - Bild - Das Gebiet y ≥ 2}}</center></li> | ||
- | <li> | + | <li>Zeichne das Gebiet im <math>x,y</math>-Koordinatensystem, dass die Ungleichung <math>y < x</math> erfüllt. <br/><br/> |
- | + | Ein Punkt <math>(x,y)</math>, der die Ungleichung <math>y < x</math> erfüllt, muss eine <math>x</math>-Koordinate haben, die größer als die <math>y</math>-Koordinate ist. Also liegt das Gebiet rechts von der Geraden <math>y=x</math>.<br/> | |
<center>{{:2.2 - Bild - Das Gebiet y weniger als x}}</center> | <center>{{:2.2 - Bild - Das Gebiet y weniger als x}}</center> | ||
- | + | ||
+ | Dass die Gerade <math>y=x</math> gepunktet ist, heißt, dass sie nicht zum gefärbten Gebiet gehört. | ||
</ol> | </ol> | ||
</div> | </div> | ||
Zeile 256: | Zeile 257: | ||
''' Beispiel 11''' | ''' Beispiel 11''' | ||
- | + | Zeichne das Gebiet im <math>x,y</math>-Koordinatensystem, das die Ungleichung <math>2 \le 3x+2y\le 4</math> erfüllt. | |
+ | Die doppelte Ungleichung kann in zwei Ungleichungen aufgeteilt werden | ||
- | + | {{Abgesetzte Formel||<math>3x+2y \ge 2 \quad</math> und <math>\quad 3x+2y\le4 \;\mbox{.}</math>}} | |
- | + | Wir subtrahieren den <math>x</math>-Term von beiten Seiten und dividieren danach beide Seiden durch <math>2</math> | |
- | + | {{Abgesetzte Formel||<math>y \ge 1-\frac{3}{2}x \quad</math> und <math>\quad y\le 2-\frac{3}{2}x \;\mbox{.}</math>}} | |
- | + | Die Punkte, die die erste Ungleichung erfüllen, liegen auf oder oberhalb der Geraden <math>y = 1-\tfrac{3}{2}x</math>, während die Punkte, welche die zweite Ungleichung erfüllen auf oder unterhalb der Geraden <math>y= 2-\tfrac{3}{2}x</math> liegen. | |
- | + | ||
- | + | ||
<center>{{:2.2 - Bild - Die Gebiete 3x + 2y ≥ 2 und 3x + 2y ≤ 4}}</center> | <center>{{:2.2 - Bild - Die Gebiete 3x + 2y ≥ 2 und 3x + 2y ≤ 4}}</center> | ||
- | <center><small> | + | <center><small>Das linke Bild zeigt das Gebiet <math>3x+2y\ge 2</math> und das rechte Bild zeigt das Gebiet <math>3x+2y\le 4</math>.</small></center> |
- | + | ||
- | + | Die Punkte, die beide Ungleichungen erfüllen liegen auch in beiden Gebieten. | |
<center>{{:2.2 - Bild - Das Gebiet 2 ≤ 3x + 2y ≤ 4}}</center> | <center>{{:2.2 - Bild - Das Gebiet 2 ≤ 3x + 2y ≤ 4}}</center> | ||
- | <center><small> | + | <center><small>Das Bild zeigt das Gebiet <math>2\le 3x+2y\le 4</math>.</small></center> |
</div> | </div> | ||
Zeile 282: | Zeile 281: | ||
''' Beispiel 12''' | ''' Beispiel 12''' | ||
- | + | Die Geraden <math>y=x</math>, <math>y=-x</math> und <math>y=2</math> begrenzen ein Dreieck. | |
- | + | ||
<center>{{:2.2 - Bild - Das Dreieck begrenzt von y = x, y = 2 und y = -x}}</center> | <center>{{:2.2 - Bild - Das Dreieck begrenzt von y = x, y = 2 und y = -x}}</center> | ||
- | We find that for a point to lie in this triangle, it has to satisfy certain conditions. | ||
- | + | Wir sehen, dass ein Punkt folgende Bedienungen erfüllen muss, um im Dreieck zu liegen: | |
- | + | Die <math>y</math>-Koordinate muss geringer als <math>2</math> sein. Die <math>y</math>-Koordinate muss aber auch größer als <math>0</math> sein. Also muss gelten, dass <math> 0\le y\le2</math>. | |
- | + | ||
- | + | ||
- | + | Wir sehen auch, dass alle Punkte oberhalb der Geraden <math>y=-x</math> und <math>y=x</math> liegen müssen. Dies entspricht, dass <math>-y\le x\le y</math>. Nachdem wir Begrenzungen für die <math>y</math>-Koordinate haben, wissen wir auch, dass <math>x</math> kleiner als <math>2</math> sein muss und größer als <math>-2</math>. | |
+ | |||
+ | Die Grundseite (oder Basis) des Dreiecks ist <math>4</math> und die Höhe ist <math>2</math>. | ||
- | + | Die Fläche des Dreiecks ist daher <math> 4\cdot 2/2=4</math>. | |
</div> | </div> | ||
+ | <br><br> | ||
+ | Noch Fragen zu diesem Kapitel? Dann schau nach im Kursforum (Du findest den Link in der Student Lounge) oder frag nach per Skype bei ombTutor <skype style="call" action="call">ombTutor</skype> <skype style="chat" action="chat">ombTutor</skype> | ||
+ | |||
+ | Keine Fragen mehr? Dann mache weiter mit den '''[[2.2 Übungen|Übungen]]''' . | ||
- | [[2.2 Übungen|Übungen]] | ||
<div class="inforuta" style="width:580px;"> | <div class="inforuta" style="width:580px;"> | ||
- | ''' | + | '''Tipps fürs Lernen''' |
- | ''' | + | '''Diagnostische Prüfung und Schlussprüfung''' |
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Aktuelle Version
Theorie | Übungen |
Inhalt:
- Lineare Gleichungen
- Gleichung einer Geraden
- Geometrische Probleme
- durch lineare Gleichungen definierte Gebiete
Lernziele:
Nach diesem Abschnitt solltest Du folgendes können:
- Algebraische Gleichungen, die nach Vereinfachungen lineare Gleichungen ergeben, lösen.
- Gleichungen zwischen den Formen y = kx + m und ax + by + c = 0. umwandeln.
- Geraden, die durch eine lineare Gleichung definiert sind, zeichnen.
- Geometrische Probleme mit linearen Gleichungen lösen.
- Gebiete, die durch lineare Gleichungen definiert sind, zeichnen und die Fläche dieser Gebiete berechnen.
Die Lernziele sind Dir aus der Schule noch bestens vertraut und Du weißt ganz genau, wie man die zugehörigen Rechnungen ausführt? Dann kannst Du auch gleich mit den Prüfungen beginnen (Du findest den Link in der Student Lounge).
A - Lineare Gleichungen
Um lineare Gleichungen zu lösen, führen wir systematisch arithmetische Operationen auf beiden Seiten der Gleichung aus.
Beispiel 1
- Löse die Gleichung
x+3=7 .
Wir subtrahieren3 von beiden Seitenx+3−3=7−3 .
x , also ist unsere Gleichung gelöst:x=7−3=4 .
- Löse die Gleichung
3x=6 .
Wir dividieren beide Seiten mit3 33x=36 .
3 auf der linken Seite gekürzt haben, bekommen wir die Lösung:x=36=2 .
- Löse die Gleichung
2x+1=5.
Zuerst subtrahieren wir1 von beiden Seiten, sodass2x alleine links steht2x=5−1 .
2 und bekommen die Lösung:x=24=2 .
Eine lineare Gleichung kann immer in die Normalform a
=0
Die Schwierigkeit in der Lösung von linearen Gleichungen liegt also nicht in der direkten Lösung, sondern in den Vereinfachungen, die notwendig sind, um die Gleichung in die Standardform zu bringen. Hier zeigen wir einige Beispiele von linearen Gleichungen, die alle in die Standardform gebracht werden, wobei wir die Lösung einfach erhalten.
Beispiel 2
Löse die Gleichung
Nachdem
und jetzt kommt
Jetzt subtrahieren wir 7 von beiden Seiten der Gleichung
und erhalten
Im letzten Schritt dividieren wir beide Seiten durch
und erhalten die Lösung
Beispiel 3
Löse die Gleichung
Indem wir
und danach
Jetzt sind alle Terme, die
Wenn wir beide Seiten durch
Beachte hierbei, dass
Man sieht nicht immer deutlich, ob eine Gleichung linear ist oder nicht. In den folgenden Beispielen sehen wir, dass Vereinfachungen eine komplizierte Gleichung in eine lineare Gleichung umwandeln können.
Beispiel 4
Löse die Gleichung
Wir multiplizieren die quadratischen Ausdrücke auf beiden Seiten der Gleichung aus.
Hier subtrahieren wir
und addieren
und subtrahieren
und schließlich dividieren wir beide Seiten durch
Beispiel 5
Löse die Gleichung
Wir sammeln beide Terme auf der linken Seite der Gleichung
und schreiben die Brüche mit gemeinsamen Nennern
und vereinfachen den Zähler
![]() |
![]() |
Diese Gleichung ist nur gültig, wenn der Zähler null ist (und der Nenner nicht gleichzeitig null ist).
und wir haben
B - Geraden
Gleichungen wie
sind Beispiele von linearen Gleichungen, die man wie
schreiben kann, wobei
Der Funktionsgraph einer linearen Gleichung ist immer eine gerade Linie (auch Gerade genannt). Die Konstante
Die Konstante
- Aufwärts wenn
k .0
- Abwärts wenn
k .0
Eine horizontale Gerade, die parallel mit der
Beispiel 6
- Zeichne die Gerade
y=2x−1 .
Wenn wir die Gleichung mit der Standardformy=kx+m vergleichen, sehen wir, dassk=2 undm=−1 . Dies bedeutet, dass die Gerade die Steigung2 hat und diey -Achse im Punkt(0 kreuzt. Siehe die Zeichnung unten links.−1)
- Zeichne die Gerade
y=2−21x .
Die Gleichung kann wiey=−21x+2 geschrieben werden. Wir sehen, dass die Steigungk=−21 ist, und dassm=2 . Siehe die Zeichnung unten rechts.
|
| |
Line y = 2x - 1 | Line y = 2 - x/2 |
Beispiel 7
Was ist die Steigung der Geraden, die durch die Punkte 1)
3)
Wenn wir die Punkte zeichnen, sehen wir, dass
Zwei Geraden die parallel sind, haben dieselbe Steigung. Man kann auch zeigen, dass für zwei Geraden, die rechtwinkelig sind und die Steigungen
Die Gerade in der linken Zeichnung hat die Steigung
Beispiel 8
- Die Geraden
y=3x−1 undy=3x+5 sind parallel. - Die Geraden
y=x+1 undy=2−x sind orthogonal zueinander.
Alle Geraden(auch die vertikalen) können generell wie
geschrieben werden, wobei
Beispiel 9
- Bringe die Gerade
y=5x+7 in die Formax+by=c .
Wir subtrahieren denx -Term von beiden Seiten:−5x+y=7 . - Schreibe die Gerade
2x+3y=−1 auf der Formy=kx+m .
Wir subtrahieren denx -Term von beiden Seiten
3y=−2x−1
und dividieren beide Seiten durch3 y=−32x−31.
Hier wird gezeigt, wie die Gleichung einer Geraden aus zwei ihrer Punkte konstruiert werden kann.
C - Flächen in einem Koordinatensystem
Man kann durch geometrische Interpretation von Ungleichungen Gebiete in einem Koordinatensystem definieren.
Beispiel 10
- Zeichne das Gebiet im
x -Koordinatensystem, das die Ungleichungy
y erfüllt.2
Das Gebiet besteht aus allen Punkten,(x , wo diey)
y -Koordinate größer oder gleich2 ist, also alle Punkte oberhalb der Geradeny=2 .
- Zeichne das Gebiet im
x -Koordinatensystem, dass die Ungleichungy
y erfüllt.x
Ein Punkt(x , der die Ungleichungy)
y erfüllt, muss einex
x -Koordinate haben, die größer als diey -Koordinate ist. Also liegt das Gebiet rechts von der Geradeny=x .
Dass die Geradey=x gepunktet ist, heißt, dass sie nicht zum gefärbten Gebiet gehört.
Beispiel 11
Zeichne das Gebiet im y
3x+2y
4
Die doppelte Ungleichung kann in zwei Ungleichungen aufgeteilt werden
![]() ![]() |
Wir subtrahieren den
![]() ![]() |
Die Punkte, die die erste Ungleichung erfüllen, liegen auf oder oberhalb der Geraden


Die Punkte, die beide Ungleichungen erfüllen liegen auch in beiden Gebieten.


Beispiel 12
Die Geraden
Wir sehen, dass ein Punkt folgende Bedienungen erfüllen muss, um im Dreieck zu liegen:
Die y
2
Wir sehen auch, dass alle Punkte oberhalb der Geraden x
y
Die Grundseite (oder Basis) des Dreiecks ist
Die Fläche des Dreiecks ist daher 2
2=4
Noch Fragen zu diesem Kapitel? Dann schau nach im Kursforum (Du findest den Link in der Student Lounge) oder frag nach per Skype bei ombTutor
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Fertige immer eine eigene kleine Zeichnung an, wenn Du geometrische Probleme lösen willst, und zeichne genau. Mit einer guten Zeichnung ist das Problem oft schon gelöst, während eine schlechte Zeichnung irreführend sein kann.
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