Thema. Lineare Funktionen. Mathematik. Lineare Funktionen. Lernlandkarte. Datei: LB-Mathe _LinFktn_03.doc.
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- Hannelore Grosse
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1 Thema 1 Mathematik Lineare Funktionen Lernlandkarte Lineare Funktionen
2 Thema: Lineare Funktionen LE 1.1: 15 min Seite 1 Ich kann beschreiben, was man unter einer Funktion versteht. Ich kann die drei Darstellungsformen für Funktionen benennen. i Funktionen allgemein Lerneinheit 1 LE 1 Definition: Funktion Unter einer Funktion versteht man eine eindeutige Zuordnung! Das bedeutet, dass jeder Ausgangsgröße (Variable, meistens x ) genau eine andere Größe (meistens f(x) bzw. y ) eindeutig zugeordnet wird. Den Wert der eindeutigen Zuordnung nennt man auch Funktionswert. Er wird in der Regel über eine Funktionsgleichung beschrieben (z.b. f(x)= 1,5x +2 ). Beispiel: Ein Taxitarif wird wie folgt beschrieben: Mit jedem gefahrenen Kilometer entstehen Fahrtkosten von 1,50 /km. Immer entsteht eine einmalige Grundgebühr von 2,00. Der Taxitarif kann also mit folgender Funktionsgleichung beschrieben werden: f(x)= 1,5x + 2 wobei gilt: x [km] = Anzahl der gefahrenen km f(x) [ ] = Gesamtpreis der Taxisfahrt in. Es gibt also zu jedem gefahrenen Kilometer x nur genau einen (=eindeutig) zugeordneten Fahrpreis f(x)! LernClips Als Darstellungsformen von Funktionen eignen sich Darstellungsformen eine Wertetabelle, ein Funktionsgraph in einem Koordinatensystem eine Funktionsgleichung. Tabelle x f(x) , Funktions- Graph Funktions- Gleichung f(x) = 1,5x + 2 Jede Darstellungsform hat ihre Vorteile: Wertetabelle: Einzelne Wertepaare von x und f(x) werden gezielt aufgelistet. Hier z.b. die Taxikosten für einige Kilometer. Funktionsgraph: Der Verlauf der Funktion wird in seiner Gesamtheit gut dargestellt. Hier z.b. kann man anhand des Funktionsgraphen recht schnell ablesen, wieviel Fahrtkosten für eine bestimmte Anzahl an Kilometer entstehen werden. Funktionsgleichung: Einzelne Funktionswerte können sehr exakt berechnet werden. Hier z.b. kann man sehr leicht ausrechnen, wie hoch die Fahrtkosten bei einer Strecke von 12,3 km wären (nämlich: f(12,3)= 1,5(12,3) +2 = 20,45 )
3 Thema: Lineare Funktionen LE 1.1: 15 min Seite 2 Ich kann beschreiben, was man unter einer Funktion versteht. Ich kann die drei Darstellungsformen für Funktionen benennen. Übungen: 1) Beschreibe, was eine Funktion ist und was keine Funktion ist. Nenne jeweils ein Beispiel. 2) Mache den Selbsttest Funktion bzw. keine Funktion 3) Nenne die drei Darstellungsformen von Funktionen. 4) Nenne jeweils einen Vorteil zu jeder Darstellungsform.
4 Thema: Lineare Funktionen LE 1.2: 15 min Seite 3 Ich kenne die Normalform einer linearen Funktion und kann diese aufschreiben. Ich kann die Steigung (m) in der Normalform erkennen und weiß, was diese zu bedeuten hat. Ich kann den y-achsenabschnitt (b) einer linearen Funktion ermitteln. i Lineare Funktionen Begriffe und Eigenschaften linearer Funktionen QR-Code Song zu Linearen Funktionen Jede lineare Funktion kann als Funktionsgleichung dargestellt werden (z.b. 2f(x)+3x=29 oder 5-2f(x)=18x usw.) Lineare Funktionen Im Allgemeinen stellt x dabei die unabhängige Variable (=frei-wählbare Variable) dar. f(x) steht für den Funktionswert von x. f(x) wird häufig auch mit y abgekürzt um anzudeuten, dass es sich um eine zweite Variable, die sogenannte abhängige Variable handelt. Es ist sinnvoll, eine beliebig formulierte, lineare Funktionsgleichung so umzuformen, dass der Funktionswert f(x) (oder die abhängige Variable y ) alleine auf der linken Seite der Gleichung steht. Dadurch kann man schneller erkennen, wie der Funktionswert f(x) beschrieben wird. Wird die Gleichung so umgeformt, dass auf der linken Seite der Gleichung nur f(x) bzw. y steht und auf der rechten Seite ein Wert mit x und eine Zahl ohne x, so spricht man von der Normalform einer linearen Funktion! (Beispiel: Auflösen der Funktionsgleichung 2f(x) +3x =29 nach f(x) : 2f(x)+3x = 29-3x 2f(x) = -3x + 29 :2 f(x) = 1,5x +14,5. [= Normalform] Die Normalform einer linearen Funktion (auch allgemeine Form): Wird eine lineare Funktion in der Form f(x)= mx + b geschrieben, so spricht man von der sogenannten Normalform oder auch allgemeine Form. Darin bedeuten: m= Steigung der linearen Funktion b= f(x)-achsenabschnitt der Geraden auch als y-achsenabschnitt bezeichnet. f(x) steht für den Funktionswert von x (Hiweis: f(x) wird gelesen f von x die Klammern werden also als von ausgesprochen). In der Literatur wird häufig statt f(x)= mx+b auch y= mx+b geschrieben. Die Normalform wird manchmal auch wie folgt geschrieben (Dabei haben die Steigung m und der y-achsenabschnitt b einfach andere Bezeichnungen, sonst nichts.) f(x)= mx + n oder f(x)= ax + b Wird eine lineare Funktionsgleichung in der Normalform dargestellt, kann die Steigung m und der y-achsenabschnitt b direkt abgelesen werden. Damit ist auch das Zeichnen des zugehörigen Funktionsgraphen recht leicht möglich (siehe auch LE2).
5 Thema: Lineare Funktionen LE 1.2: 20 min Seite 4 Ich kenne die Normalform einer linearen Funktion und kann diese aufschreiben. Ich kann die Steigung (m) in der Normalform erkennen und weiß, was diese zu bedeuten hat. Ich kann den y-achsenabschnitt (b) einer linearen Funktion ermitteln. i Die Normalform linearer Funktionen f(x)= mx + b Auf dieser Seite betrachten wir die Normalform der Geradengleichung konkreter und gehen auf die Faktoren m und b genauer ein. In der Normalform f(x)= mx + b wird mx wird auch als lineares Glied und b als absolutes Glied bezeichnet! m ist das Maß für die Steigung der Geraden. Die Steigung kann gut mit dem Steigungsdreiecks veranschaulicht werden. Bild 1 Sind zwei Punkte P 1 und P 2 mit ihren Koordinaten P 1 (x 1 y 1) und P 2 (x 2 y 2) bekannt, so kann die Steigung m ermittelt werden, indem man die Differenz der y-koordinaten ( y = y 2 y 1) durch die Differenz der x-koordinaten ( x = x 2 x 1) der Punkte dividiert: y m= x = y x 2 2 y x 1 1 = x 2- x 1 = y 2- y 1 y m= = x y2 y1 x x m = = = ( = 0,5) Die Steigung einer Geraden ist überall gleich groß! Daher ist es unbedeutend, an welcher Stelle der Geraden die Steigung m ermittelt wird. Wenn x= 1 ist, kann die Steigung m direkt abgelesen werden! y y m= = = y x 1 In diesem Fall ist also y= m! Bild 2 b ist der Schnittpunkt mit der y-achse An der Stelle b schneidet die Gerade die y-achse! Der Schnittpunkt mit der y-achse ist ein wichtiger Punkt einer Linearen Funktion. Einen Punkt gibt man im Koordinatensystem mit den Koordinaten P(x y) an. Beim Schnittpunkt mit der y-achse b ist der x-wert immer Null. Der y-wert ist hier immer b. Für den Punkt gibt es mehrere Begriffe/Bezeichnungen. Die häufigsten Bezeichnungen und Schreibweisen sind: Ordinate: O(0 b) oder y-achsenabschnitt: YAA (0 b) oder Schnittpunkt mit der y-achse: S y (0 b) Wie werden am häufigsten von Ordinate sprechen. GeoGebra-Applikation: Steigung und y-achsenabschnitt sichtbar machen und verändern! Lernpfad zu Linearen Funktionen: Was ist Steigung Was ist der y-achsenabschnitt Geradengleichung / Normalform Geraden/index.htm
6 Thema: Lineare Funktionen LE 1.2: 15 min Seite 5 Ich kenne die Normalform einer linearen Funktion und kann diese aufschreiben. Ich kann die Steigung (m) in der Normalform erkennen und weiß, was diese zu bedeuten hat. Ich kann den y-achsenabschnitt (b) einer linearen Funktion ermitteln. Übungen: 1) Schreibe vier (beliebige) lineare Funktionsgleichungen auf. 2) Woran erkennt man, dass eine lineare Funktionsgleichung vorliegt? 3) Wie lautet die Normalform/ Allgemeine Form einer linearen Funktion? 4) Forme die folgenden linearen Funktionen in ihre Normalform um. a) 2- f(x) = 12 + x Normalform:... b) 4x +3 = 3x + y 7 Normalform:... c) x+ y = 2 Normalform:... d) 0,5x + f(x) -5 = 0 Normalform:... e) ( x) f x + 2 = 1 Normalform:... f) -2x -2f(x) = 7x + 8 Normalform:... 5) Gib den y-achsen-abschnitt der in Abb. 1 dargestellten linearen Funktionen an. Abb. 1 6) Gib die Steigung der in Abb. 1 dargestellten linearen Funktionen an. 7) Gib die Normalformen der in Abb. 1 dargestellten linearen Funktionen an.
7 Thema: Lineare Funktionen LE 1.2: 15 min Seite 6 Ich kenne die Normalform einer linearen Funktion und kann diese aufschreiben. Ich kann die Steigung (m) in der Normalform erkennen und weiß, was diese zu bedeuten hat. Ich kann den y-achsenabschnitt (b) einer linearen Funktion ermitteln. Vertiefungsbetrachtungen zur Steigung LE 1. Steigung in Prozent [%] Man kann die Steigung auch in Prozent [%] angeben. Dies begegnet einem insbesondere im Straßenverkehr. (Quelle: Steigungswinkel Steigungen können auch in (Grad) angegeben werden. Dies findet man häufig bei Kreissegmenten. Eine Steigungsangabe in (Grad) kann aber einfach in Prozent [%] oder eine Dezimalzahl umgerechnet werden. Allgemein gilt: Die Winkelangabe α kann umgerechnet werden mit der Sinus-Funktion. GK = AK Es gilt nämlich: tan ( α ) = m Beispiel: Eine Steigung von 30 entsprechen also umgerechnet einer Steigung von sin(30 )= 0,5, also m=0,5 oder eben 50%!
8 Thema: Lineare Funktionen LE 1.2: 15 min Seite 7 Ich kenne die Normalform einer linearen Funktion und kann diese aufschreiben. Ich kann die Steigung (m) in der Normalform erkennen und weiß, was diese zu bedeuten hat. Ich kann den y-achsenabschnitt (b) einer linearen Funktion ermitteln. Übungen: 1) **Steigungen in Prozent [Quelle: mued.de] a) Welcher Steigung in Prozent entsprechen die Verhältnisse 0,25; 0,001; 1:2? b) "100 % Steigung, das ist ja eine senkrechte Wand!" Erkläre den Irrtum. 2) **Auf dem Foto des argentinischen Schildes recht ist die Strecke 4,5 cm lang und die Höhe 7,5 cm groß. [Quelle: mued.de] a) Kann ein VW Gol* (maximale Steigung 50 % auf längerer Strecke) die Steigung hinauf fahren? Begründe deine Antwort ohne Rechnung. (* GOL heißt das südamerikanische Golf-Modell von Volkswagen.) b) Berechne die Steigung. 3) Steigungen in Grad a) Welcher Steigung in Prozent entsprechen 30, 45 und 60? b) Gib die Steigung des abgebildeten Steigungswinkels in Prozent an.
9 Thema: Lineare Funktionen LE 1.3: 15 min Seite 8 Ich kann die Nullstelle / den Schnittpunkt mit der x-achse einer linearen Funktion berechnen. Nullstelle / Schnittpunkt mit der x-achse Eine Lineare Funktion verläuft im Koordinatensystem von links nach rechts. Dabei schneidet sie (irgendwann) beide Achsen des Koordinatensystems, also die y-achse und die x-achse [siehe Bild 1]. Bild 1 Den y-achsenabschnitt kennen wir bereits aus dem letzten Kapitel (LE 1.2). Nullstelle bzw. Schnittpunkt mit der x-achse bestimmen: Der Schnittpunkt mit der x-achse wird auch Nullstelle genannt. An dieser Stelle ist der Funktionswert/y-Wert gleich Null. Der Ansatz, um die Nullstelle/den Schnittpunkt mit der x-achse zu ermitteln, lautet: f(x)=0! Man setzt die ganze Funktion f(x) gleich Null und löst die Gleichung nach x auf. Den Schnittpunkt mit der x-achse/ die Nullstelle schreibt man als Punkt so auf: N(x 1 0). Beispiel: Von der oben abgebildeten Funktion f(x)= -0,5x + 1 wollen wir die Nullstelle berechnen. Unser Ansatz lautet: f(x)= 0, also 0= -0,5x +1-1 jetzt umformen: -1=-0,5x :(-0,5) 2 = x Die Nullstelle liegt also bei x 1 =2. Der y-wert von jeder Nullstelle ist immer y=0! Also können wir die Nullstelle als Punkt mit seinen Koordinaten angeben: N(2 0). [siehe Bild 1]. LernClip: Nullstelle bestimmen GeoGebra-Übung: Nullstelle berechnen mit Tipps und Lösung!
10 Thema: Lineare Funktionen LE 1.3: 15 min Seite 9 Ich kann die Nullstelle / den Schnittpunkt mit der x-achse einer linearen Funktion berechnen. Übungen: 1) Bearbeite mindestens zwei Aufgaben der online-übung unter 2) Gib bitte die Nullstellen für die folgenden Funktionen an. Skizziere zwei Funktionen in ein entsprechendes Koordinatensystem und markiere die Nullstellen. (Forme evtl. die gegebene Gleichung in die Normalform um) a) f(x) = -2x + 8 b) y = x 1,5 c) 2x y = 5x +4 d) (-4)(x-2)= 0,5y
11 Thema: Lineare Funktionen LE 1.4: 15 min Seite 10 Ich kann eine Wertetabelle zu einer linearen Funktion anlegen und daraus einen Graphen erstellen. Eine Wertetabelle erstellen Eine Wertetabelle ist ein gutes Werkzeug, um einzelne Punkte einer Funktion zu ermitteln. Eine Wertetabelle eignet sich auch (immer) um den Graphen einer Funktion zu erstellen. Beispiel: Bei einem Taxi-Tarif gelten folgende Bedingungen: Jeder gefahrene Kilometer kostest 1,50. Die Grundgebühr beträgt 2,0. km Die Funktionsvorschrift zu diesem Tarif könnte man mit Einheiten darstellen als: f ( x) = 1,50 x[ km] + 2,0[ ] oder kurz ohne Einheiten: f(x)= 1,5x Für diese Funktion kann man eine Wertetabelle ganz einfach anlegen, indem man beliebig gewählte x-werte (=Zahlen) für x in die Funktion einsetzt und ausrechnet, welchen Wert man für f(x) herausbekommt. Wenn ich z.b. wissen möchte, wieviel mich eine 12km-lange Taxifahrt kostet, setze ich für x gleich 12 in die Funktionsgleichung ein. Ich berechne den Funktionswert für x=12 zu: f(12)= 1,5 (12)+2 = 18+2 = 20 In die Wertetabelle trage ich bei x=12, den f(x)-wert 20 ein! x f(x) bzw. y 20 Diesen Vorgang kann ich natürlich mit jedem beliebigen x-wert wiederholen, so dass ich nach mehreren Rechnungen die Wertetabelle vervollständigen kann zu: x f(x) bzw. y 2 3,5 5 9, ,5 Jedes Wertepaar x f(x) bildet einen Punkt P(x f(x)), den ich in einem Koordinatensystem eintragen kann. [Bild 1] Wenn ich die Punkte verbinde, erhalte ich den Funktionsgraphen [Bild 2] Linearen Funktionen sind besonders leicht zu zeichnende Funktionen, weil sie immer gerade verlaufen (wie mit dem Lineal gezogen). Daher reichen bereits zwei Punkte aus, um den gesamten Funktionsgraphen einer linearen Funktion zu zeichnen. Bild 1 Bild 2 LernClip: Wertetabelle erstellen
12 Thema: Lineare Funktionen LE 1.4: 15 min Seite 11 Ich kann eine Wertetabelle zu einer linearen Funktion anlegen und daraus einen Graphen erstellen. Übungsaufgaben LE 1 (Lerneinheit 1) 1) Erstelle für die folgenden Funktionsgleichungen eine Wertetabelle in dem angegebenen Bereich und skizziere den zugehörigen Funktionsgraphen. a) f(x) = -2x + 7 [Wertetabelle im Bereich/ Intervall von x=-3 bis x= 5] b) y = x 0,25 Bereich/Intervall [-2; 2] c) 2 y = 3x -2x +4 Bereich/Intervall [-3; 2] 2) Welche der angegebenen Punkte liegen auf der gegebenen Funktion? a) f(x) = -x + 2 ; P 1 (2 8); P 2 (10 0); P 3 (0 10); P 4 (8 2); P 5 (-4 14) 1 g ( x) = x 4 ; P 1 (0-0,2); P 2 (4-0,2); P 3 (-4-1,2); P 4 (-1-0,45); P 5 (1 0) 5
13 Thema: Lineare Funktionen LE 1: 5 min Seite 12 Wiederholung zur Lerneinheit 1 Kleines Kreuzworträtsel zu Linearen Funktionen
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