2 Lineare Gleichungen mit zwei Variablen

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1 2 Lineare Gleichungen mit zwei Variablen Die Klasse 9 c möchte ihr Klassenzimmer mit Postern ausschmücken. Dafür nimmt sie 30, aus der Klassenkasse. In Klasse 7 wurden lineare Gleichungen mit einer Variablen betrachtet. Bei vielen Fragestellungen sind jedoch zwei Größen unbekannt. Solche Probleme führen auf Gleichungen mit zwei Variablen. Eine Gruppe mit 36 Jugendlichen besucht eine Waldgaststätte, in der es nur Tische für vier und für sechs Personen gibt. Wie viele 4er-Tische und 6er-Tische können sie komplett belegen? Ist x die Anzahl der 4er-Tische und y die Anzahl der 6er-Tische so gilt: 4 x + 6 y = 36. Eine Lösung dieser Gleichung besteht aus zwei Angaben, einer Zahl für x und einer Zahl für y. Zwei ganzzahlige Lösungen der Gleichung sind (6 2) und (3 4). Das heißt, die Gruppe könnte beispielsweise sechs 4er-Tische und zwei 6er-Tische oder auch drei 4er-Tische und vier 6er-Tische belegen. Lösungen von Gleichungen wie 4 x + 6 y = 36 kann man leicht berechnen: Man bringt sie auf die Form y = _ 2 3 x + 6, setzt für x Zahlen ein und berechnet die jeweiligen Zahlen für y. Damit berechnet man zugleich für die Zuord nung mit der Gleichung y = 2 _ 3 x + 6 zu jedem x Wert den passenden y Wert. Deshalb entsprechen die Punkte des Graphen der Zuordnung den Lösungen der Gleichung 4 x + 6 y = 36. Gleichungen wie 4 x + 6 y = 36 heißen lineare Gleichungen mit zwei Variablen. Für lineare Gleichungen wie 4 x + 6 y = 36 mit den Variablen x und y gilt: 1. Jede Lösung besteht aus einem Zahlenpaar. 2. Es gibt unendlich viele Lösungen. 3. Die grafische Darstellung aller Lösungen ist eine Gerade. Über Sonderfälle wie 2 x + 0 y = 4 und 0 x + 0 y = 0 und 0 x + 0 y = 4 erfährst du einiges in der Info-Box auf Seite 19. I Lineare Gleichungssysteme 17

2 Beispiel a) Gib zwei Lösungen der Gleichung 5 x 3 y = 9 an. b) Veranschauliche die Lösungen von a) mit einem CAS. Zeichne ins Heft. c) Bestimme weitere Lösungen für die Gleichung. Lösung: a) 5 x 3 y = 9 5 x 3 y = 5 x 9 : ( 3) y = 5 _ 3 x + 3 Für x = 0 erhält man y = 3. Für x = 0 erhält man y = 3. Für x = 3 erhält man y = 8. Für y = 0 erhält man x = _ 9 5. b) Siehe auch. c) Fig. 4 Aufgaben 1 Ist das Zahlenpaar eine Lösung der Gleichung 7 x 4 y = 3? a) b) c) d) 2 0 0,75 3 e) 2 3 _ f) 2 0,5 0, Zeichne die zur Gleichung gehörende Gerade und lies vier Lösungen der Gleichung ab. a) y x = 0 b) y + x = 3 c) x 2 y = 2 d) 6 x + 3 y = 1 e) x + 3 y = 3 f) 2 y + x + 2 = 0 3 Zu welchen Gleichungen gehört der Graph aus Fig. 5? Gib zu jeder Gleichung zwei Lösungen an. a) 2 x + 4 y = 7 b) 4 y 2 x = 8 c) y = 2 + 0,5 x d) 3 x + 3 y = 12 e) 2 y 4 = x f) y = 2 + x 4 Zeichne eine Gerade durch die Punkte. Versuche, zu dieser Gerade eine Gleichung zu finden. Mache die Probe. a) (1 2) und (2 1) b) ( 2 1,2) und (1 0,8) Bist du sicher? 1 Bestimme die fehlende Zahl so, dass sich eine Lösung von 3 x 0,5 y = 1 ergibt. a) (0 º ) b) ( º 2) c) (3 º ) d) ( º 2) e) ( 0,5 º ) f) ( º 0,8) 2 Gib fünf Lösungen an. a) 2 x + 5 y = 1 b) 2 x 5 y = 1 c) 2 x + 5 y = 1 4 y 2 x O Fig I Lineare Gleichungssysteme

3 Info Sonderfälle 1. In der Gleichung 2 x + 0 y = 4 ist der Faktor bei y null. Also gilt: x = 2. Alle Zahlenpaare mit x = 2 sind Lösungen der Gleichung 2 x + 0 y = 4 bzw. 2 x = 4. Genauso sind z. B. bei der Gleichung 0 x + 6 y = 9 alle Zahlenpaare mit y = 1,5 Lösung (). 2. Für die Gleichung 0 x + 0 y = 0 ist jedes Zahlenpaar eine Lösung. 3. Die Gleichung 0 x + 0 y = 4 besitzt keine Lösung, denn die linke Seite der Gleichung ist stets gleich null und die rechte Seite ist ungleich null. 2 x + 0 y = 4 x = 2 Lösungen sind z. B.: (2 0); (2 1); (2 2) 0 x + 6 y = 9 y = 1,5 Lösungen sind z. B.: (0 1,5); (1 1,5) 5 Bestimme zu den dargestellten Lösungen in die linearen Gleichungen. Welche Einschränkungen wurden für die Variablen vorgenommen? Gib jeweils zwei Lösungen zu jeder Gleichung an. 6 Können die Zahlenpaare (1 1); (2 4) und (3 3) Lösungen einer einzigen linearen Gleichung mit zwei Variablen sein? Begründe deine Antwort. 7 Viktor und Max sollen im Zeltlager am Morgen für 20 Brötchen besorgen. a) Beim Bäcker gibt es normale Brötchen für 40 Cent und Vollkornbrötchen für 50 Cent. Wie könnte ihr Einkauf aussehen? Gib mindestens drei Möglichkeiten an und veranschauliche alle Möglichkeiten durch eine Gerade. b) Viktor und Max handeln mit dem Bäcker einen Sonderpreis aus. Für 20 erhalten sie je 25 normale Brötchen und 25 Vollkornbrötchen. Welchen Preis kann der Bäcker für ein normales Brötchen und ein Vollkornbrötchen verlangt haben? Gib drei Möglichkeiten an. c) Am nächsten Tag kaufen die beiden 20 normale Brötchen und 30 Vollkornbrötchen zu den gleichen Preisen wie am Tag zuvor und bezahlen wieder genau 20. Wie viel kostet ein normales Brötchen und wie viel ein Vollkornbrötchen? 8 Johanna hat Wasser mit Minze-Sirup gemischt. Ein Liter Wasser wiegt 1 kg. Der Sirup ist 12,5 % schwerer als Wasser. Johannas Wasser-Sirup-Gemisch wiegt genau 300 g. Wie viel c m 3 Wasser und wie viel c m 3 Sirup kann sie genommen haben? Stelle alle Lösungen mit dem CAS dar. Achte dabei auch auf den Definitionsbereich der Variablen. Durch die Informationen in b) und c) ist der Preis für ein Vollkornbrötchen und ein Brötchen genau festgelegt. 9 Tobias hat 2-Cent-Stücke und 5-Cent- Stücke in einem Glas gesammelt. Er will beim Geldzählen Zeit sparen. Er wiegt deshalb das leere Glas, das volle Glas (), ein 2-Cent-Stück und ein 5 Cent-Stück. Ein 2-Cent-Stück wiegt ca. 3 g und ein 5-Cent-Stück 4 g. Kann er sicher sein, dass er mit den Münzen im Glas eine 5,85 Euro teure CD kaufen kann? Kann er, falls das Geld reicht, die CD mit diesen Münzen so bezahlen, dass er kein Wechselgeld zurück bekommt? Begründe deine Antworten. 10 p Aufgabenstellung gesucht Erfinde mit deinem Nachbarn eine Aufga be, sodass der Graph oder Punkte des Gra phen den Lösungen entsprechen (Fig. 4). Fig. 4 I Lineare Gleichungssysteme 19

4 3 Lineare Gleichungssysteme grafisches Lösen Jena. 39 Punkte nach 38 Spieltagen waren nicht genug. Mit 7 Saisonniederlagen muss der 1. FC Carl Zeiss Jena den bitteren Gang in die Regionalliga antreten. Wie oft haben die Jenaer in der Saison 2011/2012 gewonnen? Viele Fragestellungen kann man mithilfe zweier linearer Gleichungen lösen. Auch das Rätsel auf dem Rand führt auf zwei Gleichungen. Man sagt dazu lineares Gleichungssystem. Unser Wochenendrätsel In einer Obstschale befinden sich drei Birnen mehr als Äpfel. Zieht man die Anzahl der Äpfel von der Zahl 5 ab, so erhält man die Anzahl der Birnen. Sag, wie viele Äpfel und Birnen sind es. Einsendeschluss: Nächster Freitag Bezeichnet man die Anzahl der Äpfel mit x und die Anzahl der Birnen mit y, so gilt y = x + 3 und y = 5 x bzw. y = x + 5. Jede der beiden Gleichungen hat unendlich viele Lösungen. Ihre Lösungen entsprechen den Punkten auf den beiden Geraden. In erkennt man, dass das Zahlenpaar (1 4) die gemeinsame Lösung der beiden Gleichungen ist. Also sind in der Schale ein Apfel und vier Birnen. Bei einem linearen Gleichungssystem mit zwei Variablen kann man zu jeder Gleichung eine Gerade zeichnen. Die Koordinaten des Schnittpunktes der Geraden entsprechen dann der Lösung des linearen Gleichungssystems. Beachte: Bei einem linearen Gleichungssystem bezeichnen wir die Gleichungen mit den römischen Zahlen I und II. b 8:Geometry 1:Punkte und Geraden 3:Schnittpunkt(e) Beispiel Bestimme für das folgende Gleichungssystem die Lösung und mache die Probe. I: 2 x + y = 4 II: x + y = 1 Lösung: Die Gleichungen werden nach y umgestellt: y = 2 x + 4 y = x + 1 und als Funktion im Koordinatensystem dargstellt (). Der Schnittpunkt der beiden Graphen ist die Lösung des Gleichungssystems: (1 2) entspricht x = 1; y = 2. Probe: Fig I Lineare Gleichungssysteme

5 Aufgaben 1 Bestimme die Lösung des Gleichungssystems und mache die Probe. a) I: y = 4 x 2 b) I: 5 y x = 5 c) I: 5 y x = 1 d) I: y = 2 + _ 5 2 x II: y = 5 x 4 II: 4 y x 2 = 0 II: 6 y x = 2 II: 2 y + x = 8 2 Benjamin hat die linearen Gleichungssysteme und ihre Lösungen von der Tafel abgeschrieben. Allerdings war er nicht sehr aufmerksam, sodass sich in seinem Heft ein ziemliches Durcheinander wieder findet. Hilf Benjamin, die Gleichungen so zu ordnen, dass vier Gleichungssysteme mit passenden Lösungen im Heft stehen. Kontrolliere deine Lösungen mit dem CAS. x + y = 10 6 x + y = 8 6 x + y = 0 (1 2) x + 2y = 5 (2 3) (0,5 3) x y = 9 2 x + y = 1 (9,5 0,5) 4 x 3 y = 11 4 x + 3 y = 17 Info Haben bei einem Gleichungssystem mit zwei Variablen die entsprechenden Geraden: unendlich viele gemeinsame Punkte, keine gemeinsamen Punkte, dann besitzt es unendlich viele Lösungen. dann hat es keine Lösung. Die Gleichungen y = x + 2 und Die Gleichungen y = x + 4 und 2 y 2 x = 4 haben unendlich viele y = x 1 haben keine gemeinsamen gemeinsame Lösungen. Lösungen. 3 Wie viele Lösungen hat das Gleichungssystem? Falls es eine einzige Lösung hat, bestimme diese Lösung. a) I: 2 x + 3 y = 9 b) I: x + y = 1 c) I: 12 x + 15 y = 3 d) I: 2 x 6 y 21 = 0 II: x y = 2 II: 3 y + 3 x = 6 II: 4 x + 5 y = 1 II 2 x = 0,75 y 4 Gib ein lineares Gleichungssystem mit zwei Gleichungen und zwei Variablen an, a) das keine Lösung hat. b) das unendlich viele Lösungen hat. c) das (4 2) und (2 4) als Lösungen hat. d) das (2 5) und ( 4 5) als Lösungen hat. 5 Bestimme den Schnittpunkt der Geraden in mit dem CAS. I Lineare Gleichungssysteme 21

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