Mathematik · Klasse 9 und 10 · Kapitel
Quadratische Funktionen und Gleichungen
EntdeckenDie Frage zum Kapitel
Zeichne die Parabel y = x² − 6x + 5 mit einer Wertetabelle von −2 bis 8. Wo ist der tiefste Punkt?
Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Für die Lehrkraft: Elf Werte rechnen, zeichnen, den Scheitel ablesen – zehn Minuten für eine Frage, die man mit der richtigen Form in fünf Sekunden beantwortet. y = (x − 3)² − 4 ist dieselbe Parabel. Der Scheitel steht drin: (3|−4). Die Form ist das Werkzeug, die Tabelle die Not.
- Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
- Merken kommt ins Heft
- Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
- Üben selbst rechnen
- Achtung typischer Fehler
- Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen
○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.
Fit für das Kapitel?
Das brauchst du aus früheren Themen. Klappt es nicht, frag nach, bevor es losgeht.
ÜbenWeißt du das noch?
Eine Funktion ordnet jedem x genau ein y zu – der Graph zeigt alle diese Paare.
- ●61Gegeben ist f(x) = −x − 2. Berechne f(−4).
Lösung zeigen
- −1 · −4 = 4
- 4 − 2 = 2
Ergebnis:f(−4) = 2 - ●62Eine Gerade geht durch P(−2 | −7) und Q(0 | −1). Bestimme die Funktionsgleichung.
Lösung zeigen
- m = ((−1) − (−7)) : (0 − (−2)) = 3
- b: −7 = 3 · (−2) + b → b = −1
- f(x) = 3x − 1
Ergebnis:f(x) = 3x − 1
So kannst du es dir vorstellen
EntdeckenDer Scheitel ist der Umkehrpunkt
Eine Parabel steigt, kehrt um und fällt – oder umgekehrt. Der Scheitel ist die Stelle des Umkehrens: der höchste oder tiefste Punkt.
WeiterdenkenDenk nach
Woran siehst du an y = (x − 3)² + 2, wo der Scheitel liegt – ohne zu rechnen?
1Ich erkenne die Normalparabel und ihre Eigenschaften.
EntdeckenFrage
Warum bauen Brunnen und Brücken Parabeln – und keine Kreise?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Ein geworfener Wasserstrahl fliegt eine Parabel, weil die Schwerkraft gleichmäßig nach unten zieht. Eine Hängebrücke unter gleichmäßiger Last nimmt dieselbe Form – die Natur rechnet x².
Ausprobieren: Parabel in Scheitelform
a, d und e der Scheitelform verändern oder den Scheitel ziehen – mit Normalparabel und Nullstellen.
MerkenNormalparabel
f(x) = x². Scheitel (0 | 0), achsensymmetrisch zur y-Achse, nach oben geöffnet.
Wertetabelle: 1, 4, 9, 16 …
Eselsbrücke: Scheitelpunktform y = a(x − d)² + e: „x minus d – der Scheitel liegt bei plus d“
BeispielQuadratische Funktion: Scheitel und Nullstellen
Schritt für Schritt
- Scheitelpunktform: S(d|e)
- S(4|−5); Normalparabel um 4 nach rechts und 5 nach unten
- Scheitelpunktform: S(d|e)
- S(4|−5); Normalparabel um 4 nach rechts und 5 nach unten
AchtungVorzeichen von d
y = (x − 3)²: um 3 nach links
y = (x − 3)²: um 3 nach rechts (Scheitel bei x = 3)
(x − 3)² ist um 3 nach rechts verschoben.
ÜbenJetzt du
- ○1Gegeben ist f(x) = (x − 4)² − 2. Gib den Scheitelpunkt an und beschreibe die Verschiebung.So fängst du an:Scheitelpunktform: S(d|e)
Lösung zeigen
- Scheitelpunktform: S(d|e)
- S(4|−2); Normalparabel um 4 nach rechts und 2 nach unten
Ergebnis:S(4|−2) - ●2Gegeben ist f(x) = (x + 2)² + 1. Gib den Scheitelpunkt an und beschreibe die Verschiebung.
Lösung zeigen
- Scheitelpunktform: S(d|e)
- S(−2|1); Normalparabel um 2 nach links und 1 nach oben
Ergebnis:S(−2|1) - ★3Bestimme die Nullstellen von f(x) = x² + 4x + 3.
Lösung zeigen
- p-q-Formel: x = −p/2 ± √(p/2)² − q mit p = 4, q = 3
- x = −2 ± √1
- x₁ = −3, x₂ = −1
- Probe (Vieta): x₁ + x₂ = −4 = −p ✓
Ergebnis:x₁ = −3; x₂ = −1
2Ich verschiebe die Parabel und lese den Scheitel ab.
EntdeckenFrage
Wo muss ein Torwart beim Abschlag stehen, damit der Ball am weitesten fliegt?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Egal wo – aber der Abschusswinkel zählt: 45 Grad ohne Luft, real etwa 35 bis 40. Die Flugbahn ist eine Parabel, und ihr Scheitel liegt genau in der Mitte.
Ausprobieren: Funktionslabor: Gerade und Parabel
Gerade oder Parabel mit Reglern einstellen, erst schätzen, dann zeigen – mit Spur, Wertetabelle, zweiter Geraden und Zoom.
MerkenVerschieben
f(x) = (x − d)² + e: Scheitel S(d | e).
Minus in der Klammer heißt nach rechts, plus dahinter heißt nach oben.
BeispielScheitelpunkt ablesen
Schritt für Schritt
- Scheitelpunktform a(x − d)² + e → S(d | e)
- S(1 | 3)
- Scheitelpunktform a(x − d)² + e → S(d | e)
- S(1 | 3)
AchtungScheitel: Vorzeichen aus der Klammer übernommen
(x + 3)² + 1 → S(3 | 1)
(x + 3)² + 1 → S(−3 | 1)
Frag dich: Für welches x wird die Klammer null?
ÜbenJetzt du
- ○4Gib den Scheitelpunkt an: f(x) = (x − 4)² + 6So fängst du an:Scheitelpunktform a(x − d)² + e → S(d | e)
Lösung zeigen
- Scheitelpunktform a(x − d)² + e → S(d | e)
- S(4 | 6)
Ergebnis:S(4 | 6) - ●5Gib den Scheitelpunkt an: f(x) = (x − 2)² + 3
Lösung zeigen
- Scheitelpunktform a(x − d)² + e → S(d | e)
- S(2 | 3)
Ergebnis:S(2 | 3) - ★6Gib den Scheitelpunkt an und ob die Parabel nach oben oder unten geöffnet ist: f(x) = −(x − 1)² − 5
Lösung zeigen
- Scheitelpunktform a(x − d)² + e → S(d | e)
- S(1 | −5)
- a = −1 < 0 → nach unten
Ergebnis:S(1 | −5), nach unten
3Ich strecke und spiegle die Parabel.
EntdeckenFrage
Warum ist die Schale einer Satellitenantenne enger geformt als der Spiegel einer Taschenlampe?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Beide sind Parabeln, nur verschieden stark gestreckt. Die Zahl vor dem Quadrat entscheidet über die Enge – und darüber, wo der Brennpunkt sitzt, in dem sich alle Strahlen treffen.
MerkenStrecken und Spiegeln
f(x) = a · x²: |a| > 1 schmaler, |a| < 1 breiter, a < 0 nach unten geöffnet.
BeispielParabeln strecken, stauchen, spiegeln
Schritt für Schritt
- Erst quadrieren: (−3)² = 9
- Dann mal −3: (−3) · 9 = −27
- a = −3: gestreckt, nach unten geöffnet
- Erst quadrieren: (−3)² = 9
- Dann mal −3: (−3) · 9 = −27
- a = −3: gestreckt, nach unten geöffnet
AchtungKoeffizient mitquadriert
3x² für x = 2 → 36
3x² für x = 2 → 3 · 4 = 12
Rechne zuerst die Potenz. Nimm dann mal die Zahl davor.
ÜbenJetzt du
- ○7Gegeben ist f(x) = −0,5x². Berechne f(−3) und beschreibe, wie sich der Graph von der Normalparabel unterscheidet.So fängst du an:Erst quadrieren: (−3)² = 9
Lösung zeigen
- Erst quadrieren: (−3)² = 9
- Dann mal −0,5: (−0,5) · 9 = −4,5
- a = −0,5: gestaucht, nach unten geöffnet
Ergebnis:f(−3) = −4,5 - ●8Gegeben ist f(x) = −3x². Berechne f(5) und beschreibe, wie sich der Graph von der Normalparabel unterscheidet.
Lösung zeigen
- Erst quadrieren: (5)² = 25
- Dann mal −3: (−3) · 25 = −75
- a = −3: gestreckt, nach unten geöffnet
Ergebnis:f(5) = −75 - ★9Die Parabel zu f(x) = a · x² geht durch den Punkt P(−4 | −32). Bestimme a und beschreibe die Parabel.
Lösung zeigen
- Punkt einsetzen: −32 = a · (−4)²
- −32 = a · 16
- a = −32 : 16 = −2
- a = −2: gestreckt, nach unten geöffnet
Ergebnis:a = −2
4Ich wandle Scheitelpunktform in Normalform um.
EntdeckenFrage
Warum trifft ein hoher Wurf im Basketball öfter als ein flacher?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Weil der Ball von oben kommt und der Korb dann als größere Fläche vor ihm liegt. Als günstig gemessen wurde ein Abwurfwinkel um 52 Grad; die Flugbahn ist eine Parabel mit Scheitel über dem Korb.
MerkenScheitelpunktform
In f(x) = a(x − d)² + e steht der Scheitel S(d | e) direkt drin.
Vorsicht beim Vorzeichen: (x + 3)² bedeutet d = −3, der Scheitel liegt bei x = −3.
BeispielKlammer auflösen
Schritt für Schritt
- 2 · 6x = 12x
- 2 · (4) = 8
- 2 · 6x = 12x
- 2 · (4) = 8
AchtungNur den ersten Summanden multipliziert
3 · (y − 2) = 3y − 2
3 · (y − 2) = 3y − 6
Zeichne Bögen von der Zahl zu jedem Glied. Nimm jedes mal.
ÜbenJetzt du
- ○10Multipliziere aus: 5(4x − 11)So fängst du an:5 · 4x = 20x
Lösung zeigen
- 5 · 4x = 20x
- 5 · (−11) = −55
Ergebnis:20x − 55 - ●11Multipliziere aus: 3(4x + 7)
Lösung zeigen
- 3 · 4x = 12x
- 3 · (7) = 21
Ergebnis:12x + 21 - ★12Multipliziere aus: −3(9x − 5)
Lösung zeigen
- −3 · 9x = −27x
- −3 · (−5) = 15
Ergebnis:−27x + 15
5Ich bestimme den Scheitel mit quadratischer Ergänzung.
EntdeckenFrage
Warum heißt die quadratische Ergänzung so – was wird da ergänzt?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Ein fehlendes Eckstück. Legt man das Quadrat x² und zwei Rechtecke der Breite p/2 aneinander, fehlt in der Ecke genau (p/2)² zum vollen Quadrat. Al-Chwarizmi rechnete das um 820 mit Flächen.
MerkenQuadratische Ergänzung
x² + px + q → (x + p/2)² − (p/2)² + q. Damit von der Normalform zur Scheitelpunktform.
BeispielScheitelpunkt mit quadratischer Ergänzung
Schritt für Schritt
- Halbe Zahl vor x: −10 : 2 = −5, ihr Quadrat: 25
- Ergänzen: f(x) = x² − 10x + 25 − 25 + 7
- Binom: f(x) = (x − 5)² − 18
- Scheitel: S(5 | −18)
- Halbe Zahl vor x: −10 : 2 = −5, ihr Quadrat: 25
- Ergänzen: f(x) = x² − 10x + 25 − 25 + 7
- Binom: f(x) = (x − 5)² − 18
- Scheitel: S(5 | −18)
AchtungLösungen mit falschem Vorzeichen
x² − 3x − 10 = 0 → x = −5 und 2
x² − 3x − 10 = 0 → x = 5 und −2
Schreib zuerst −p/2 als Zahl auf. Setz dann ein.
ÜbenJetzt du
- ○13Bestimme den Scheitelpunkt von f(x) = x² − 6x − 9 mit quadratischer Ergänzung.So fängst du an:Halbe Zahl vor x: −6 : 2 = −3, ihr Quadrat: 9
Lösung zeigen
- Halbe Zahl vor x: −6 : 2 = −3, ihr Quadrat: 9
- Ergänzen: f(x) = x² − 6x + 9 − 9 − 9
- Binom: f(x) = (x − 3)² − 18
- Scheitel: S(3 | −18)
Ergebnis:S(3 | −18) - ●14Bestimme den Scheitelpunkt von f(x) = x² + 8x + 1 mit quadratischer Ergänzung.
Lösung zeigen
- Halbe Zahl vor x: 8 : 2 = 4, ihr Quadrat: 16
- Ergänzen: f(x) = x² + 8x + 16 − 16 + 1
- Binom: f(x) = (x + 4)² − 15
- Scheitel: S(−4 | −15)
Ergebnis:S(−4 | −15) - ★15Bestimme den Scheitelpunkt von f(x) = −2x² − 12x + 2 mit quadratischer Ergänzung.
Lösung zeigen
- Ausklammern: f(x) = (−2) · (x² + 6x) + 2
- Ergänzen: (−2) · (x² + 6x + 9 − 9) + 2
- Ausmultiplizieren: (−2) · (x + 3)² + 18 + 2
- Scheitel: S(−3 | 20)
Ergebnis:S(−3 | 20)
6Ich löse quadratische Gleichungen durch Wurzelziehen.
EntdeckenFrage
Wie lange fiele ein Stein von der Aussichtsetage des Berliner Fernsehturms in 203 m Höhe – ohne Luftwiderstand?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Der Fallweg ist s = 4,905 · t² in Metern. Aus 4,905 · t² = 203 folgt t² ≈ 41,4. Die Wurzel daraus ergibt etwa 6,4 Sekunden. Die negative Lösung ergibt hier keinen Sinn.
MerkenWurzelziehen
x² = a hat zwei Lösungen ±√a (für a > 0). x² = 0 genau eine, x² < 0 keine.
BeispielQuadratische Gleichungen: Sonderfälle
Schritt für Schritt
- | − 12 → x² = 225
- Wurzel ziehen – zwei Lösungen: x = 15 oder x = −15
- | − 12 → x² = 225
- Wurzel ziehen – zwei Lösungen: x = 15 oder x = −15
AchtungNur die positive Lösung
Löse: x² + 12 = 237 → x = 15
Löse: x² + 12 = 237 → x₁ = 15, x₂ = −15
Prüfe auch die negative Zahl: (−2)² ist auch 4.
ÜbenJetzt du
- ○16Löse: x² + 7 = 176So fängst du an:| − 7 → x² = 169
Lösung zeigen
- | − 7 → x² = 169
- Wurzel ziehen – zwei Lösungen: x = 13 oder x = −13
Ergebnis:x₁ = 13, x₂ = −13 - ●17Löse: x² = −9
Lösung zeigen
- Ein Quadrat ist nie negativ
- keine Lösung
Ergebnis:keine Lösung - ★18Löse: 7x² − 77x = 0
Lösung zeigen
- Ausklammern: 7x · (x − 11) = 0
- Ein Produkt ist 0, wenn ein Faktor 0 ist
- x = 0 oder x = 11
Ergebnis:x₁ = 0, x₂ = 11
7Ich löse mit der p-q-Formel.
EntdeckenFrage
Wie schnell darf ein Auto höchstens fahren, damit es laut Fahrschul-Faustformel nach 40 m steht?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Reaktionsweg (v/10) · 3 und Bremsweg (v/10)² ergeben mit x = v/10 die Gleichung x² + 3x − 40 = 0. Die p-q-Formel liefert x = −1,5 ± 6,5, also 5 oder −8. Also höchstens 50 km/h.
Merkenp-q-Formel
x² + px + q = 0 → x = −p/2 ± √((p/2)² − q). Vorher durch den Faktor vor x² teilen.
BeispielQuadratische Gleichung (p-q-Formel)
Schritt für Schritt
- p = −7, q = 6
- −p/2 = 3,5
- (p/2)² − q = 12,25 − 6 = 6,25
- √6,25 = 2,5
- x₁ = 3,5 + 2,5 = 6
- x₂ = 3,5 − 2,5 = 1
- p = −7, q = 6
- −p/2 = 3,5
- (p/2)² − q = 12,25 − 6 = 6,25
- √6,25 = 2,5
- x₁ = 3,5 + 2,5 = 6
- x₂ = 3,5 − 2,5 = 1
AchtungDiskriminante falsch
x² − 6x + 8: p/2 = 6, also 3² − 8
p = −6, −p/2 = 3, √(3² − 8) = 1, x = 3 ± 1
(p/2)² − q: erst quadrieren, dann q abziehen.
ÜbenJetzt du
- ○19Löse: x² + 5x + 4 = 0So fängst du an:p = 5, q = 4
Lösung zeigen
- p = 5, q = 4
- −p/2 = −2,5
- (p/2)² − q = 6,25 − 4 = 2,25
- √2,25 = 1,5
- x₁ = −2,5 + 1,5 = −1
- x₂ = −2,5 − 1,5 = −4
Ergebnis:x₁ = −4; x₂ = −1 - ●20Löse: x² − 6x + 9 = 0
Lösung zeigen
- p = −6, q = 9
- −p/2 = 3
- (p/2)² − q = 9 − 9 = 0
- Unter der Wurzel steht 0: genau eine Lösung, x = 3
Ergebnis:x = 3 - ★21Löse: x² + 10x + 24 = 0
Lösung zeigen
- p = 10, q = 24
- −p/2 = −5
- (p/2)² − q = 25 − 24 = 1
- √1 = 1
- x₁ = −5 + 1 = −4
- x₂ = −5 − 1 = −6
Ergebnis:x₁ = −6; x₂ = −4
8Ich bestimme Nullstellen und deute sie.
EntdeckenFrage
Ein Ball fliegt mit 15 m/s senkrecht nach oben. Nach wie vielen Sekunden ist er wieder unten?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Mit g ≈ 10 m/s² ist die Höhe h(t) = 15t − 5t². Die Nullstellen sind t = 0 und t = 3. Die erste ist der Abwurf, die zweite die Landung nach 3 Sekunden. Mit g = 9,81 m/s² sind es 3,06 Sekunden.
MerkenNullstellen
Nullstellen: f(x) = 0 lösen – die Schnittpunkte mit der x-Achse.
Keine, eine (Scheitel auf der Achse) oder zwei.
BeispielNullstellen bestimmen und deuten
Schritt für Schritt
- Nullstelle heißt f(x) = 0. Ein Produkt ist 0, wenn ein Faktor 0 ist.
- x − 6 = 0, also x = 6
- x + 4 = 0, also x = −4
- Nullstelle heißt f(x) = 0. Ein Produkt ist 0, wenn ein Faktor 0 ist.
- x − 6 = 0, also x = 6
- x + 4 = 0, also x = −4
AchtungLösung nicht im Sachzusammenhang gedeutet
Weite x = −3 oder x = 10 → −3
Weite x = −3 oder x = 10 → 10 m
Prüfe jede Lösung an der Situation: Gibt es eine negative Weite?
ÜbenJetzt du
- ○22Wo schneidet f(x) = (x + 5) · (x − 3) die x-Achse? Gib die Nullstellen an.So fängst du an:Nullstelle heißt f(x) = 0. Ein Produkt ist 0, wenn ein Faktor 0 ist.
Lösung zeigen
- Nullstelle heißt f(x) = 0. Ein Produkt ist 0, wenn ein Faktor 0 ist.
- x + 5 = 0, also x = −5
- x − 3 = 0, also x = 3
Ergebnis:x₁ = 3, x₂ = −5 - ●23Wo schneidet f(x) = (x + 3) · (x − 4) die x-Achse? Gib die Nullstellen an.
Lösung zeigen
- Nullstelle heißt f(x) = 0. Ein Produkt ist 0, wenn ein Faktor 0 ist.
- x + 3 = 0, also x = −3
- x − 4 = 0, also x = 4
Ergebnis:x₁ = 4, x₂ = −3 - ★24Ein Ball fliegt auf der Bahn h(x) = −0,25x² + 3x + 16. Dabei ist x die Weite und h die Höhe in Metern. In welcher Weite trifft er auf den Boden?
Lösung zeigen
- Boden heißt h(x) = 0. Durch −0,25 teilen: x² − 12x − 64 = 0
- p-q-Formel: x = 6 ± √36 + 64 = 6 ± 10
- x₁ = 16, x₂ = −4
- Eine negative Weite liegt hinter dem Abwurf: Er landet nach 16 m.
Ergebnis:16 m
9Ich nutze den Satz von Vieta zur Kontrolle.
EntdeckenFrage
Welche zwei Zahlen haben die Summe 10 und das Produkt 21? Und was hat das mit x² − 10x + 21 zu tun?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Es sind 3 und 7. Genau sie lösen x² − 10x + 21 = 0. Die Summe der Lösungen ist das Gegenteil der Zahl vor x, ihr Produkt die Zahl ohne x. So prüft man jede Lösung in Sekunden.
MerkenSatz von Vieta
x₁ + x₂ = −p und x₁ · x₂ = q. Schnelle Kontrolle der Lösungen.
BeispielLösungen prüfen: Einsetzen und Vieta
Schritt für Schritt
- x = −6 einsetzen: 36 + 24 − 12 = 48, nicht 0.
- x = 2 einsetzen: 4 − 8 − 12 = −16, nicht 0.
- Die Vorzeichen sind vertauscht – typisch für einen Fehler bei −p/2.
- Richtig: x₁ = −2 und x₂ = 6.
- x = −6 einsetzen: 36 + 24 − 12 = 48, nicht 0.
- x = 2 einsetzen: 4 − 8 − 12 = −16, nicht 0.
- Die Vorzeichen sind vertauscht – typisch für einen Fehler bei −p/2.
- Richtig: x₁ = −2 und x₂ = 6.
AchtungDurch x geteilt, Lösung x = 0 verloren
x² = 3x → x = 3
x(x − 3) = 0 → x = 0 oder x = 3
Klammere x aus. Ein Produkt ist null, wenn ein Faktor null ist.
ÜbenJetzt du
- ○25Lina hat x² − 5x − 14 = 0 gelöst und x₁ = −7, x₂ = 2 erhalten. Prüfe durch Einsetzen.So fängst du an:x = −7 einsetzen: 49 + 35 − 14 = 70, nicht 0.
Lösung zeigen
- x = −7 einsetzen: 49 + 35 − 14 = 70, nicht 0.
- x = 2 einsetzen: 4 − 10 − 14 = −20, nicht 0.
- Die Vorzeichen sind vertauscht – typisch für einen Fehler bei −p/2.
- Richtig: x₁ = −2 und x₂ = 7.
Ergebnis:Falsch. Richtig sind x₁ = −2 und x₂ = 7. - ●26Tom hat x² − 10x + 24 = 0 gelöst und x₁ = 4, x₂ = 6 erhalten. Prüfe durch Einsetzen.
Lösung zeigen
- x = 4 einsetzen: 16 − 40 + 24 = 0, stimmt.
- x = 6 einsetzen: 36 − 60 + 24 = 0, stimmt.
Ergebnis:Die Lösungen stimmen. - ★27Lea hat x² − 9x + 14 = 0 gelöst und x₁ = −7, x₂ = −2 erhalten. Prüfe mit dem Satz von Vieta, ohne neu zu rechnen.
Lösung zeigen
- Vieta: x₁ + x₂ muss −p = 9 ergeben, x₁ · x₂ muss q = 14 ergeben.
- Summe: −7 + (−2) = −9, nicht 9.
- Produkt: −7 · (−2) = 14, stimmt.
- Die Vorzeichen sind vertauscht – typisch für einen Fehler bei −p/2.
- Richtig: x₁ = 2 und x₂ = 7.
Ergebnis:Falsch. Richtig sind x₁ = 2 und x₂ = 7.
10Ich modelliere Wurf- und Brückenbögen.
EntdeckenFrage
Ein Stein wird vom 10-m-Turm mit 3 m/s waagerecht weggeworfen. Wie weit vom Turm schlägt er aufs Wasser?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Nach x Metern ist er x/3 Sekunden unterwegs und 4,905 · (x/3)² Meter gefallen. Die Bahn ist also die Parabel h(x) = 10 − 4,905 · (x/3)². Aus h(x) = 0 folgt x ≈ 4,28 m.
MerkenWurf und Bogen
h(x) = −a(x − d)² + e: Der Scheitel ist der höchste Punkt.
Nullstellen sind Abwurf und Landung.
BeispielWurf- und Brückenbögen modellieren
Schritt für Schritt
- Die Scheitelpunktform zeigt den Scheitel direkt: S(5 | 1,25)
- Größte Höhe 1,25 m bei x = 5 m
- Die Scheitelpunktform zeigt den Scheitel direkt: S(5 | 1,25)
- Größte Höhe 1,25 m bei x = 5 m
AchtungNoch einmal: Vorzeichen von d
y = (x − 3)²: um 3 nach links
y = (x − 3)²: um 3 nach rechts (Scheitel bei x = 3)
(x − 3)² ist um 3 nach rechts verschoben.
ÜbenJetzt du
- ○28Ein Wasserstrahl steigt auf. Die Höhe in Metern beschreibt h(x) = −0,2(x − 5)² + 5, dabei ist x der waagerechte Abstand in Metern. Wie hoch steigt der Strahl höchstens, und an welcher Stelle?So fängst du an:Die Scheitelpunktform zeigt den Scheitel direkt: S(5 | 5)
Lösung zeigen
- Die Scheitelpunktform zeigt den Scheitel direkt: S(5 | 5)
- Größte Höhe 5 m bei x = 5 m
Ergebnis:5 m bei x = 5 m - ●29Ein Wasserstrahl steigt auf. Die Höhe in Metern beschreibt h(x) = −0,05(x − 10)² + 5, dabei ist x der waagerechte Abstand in Metern. Wie hoch steigt der Strahl höchstens, und an welcher Stelle?
Lösung zeigen
- Die Scheitelpunktform zeigt den Scheitel direkt: S(10 | 5)
- Größte Höhe 5 m bei x = 10 m
Ergebnis:5 m bei x = 10 m - ★30Ein Ball wird geworfen. Die Höhe in Metern beschreibt h(x) = −0,25(x − 4)² + 4, dabei ist x der waagerechte Abstand in Metern. Wie weit fliegt er, bis er wieder auf dem Boden ist?
Lösung zeigen
- Gesucht ist die Stelle mit h(x) = 0
- −0,25(x − 4)² + 4 = 0 → (x − 4)² = 4 : 0,25 = 16
- x − 4 = ±4 → x = 0 oder x = 8
- Der Start liegt bei x = 0, also ist die Weite 8 m.
Ergebnis:8 m
11Ich löse Optimierungsaufgaben.
EntdeckenFrage
Mit 100 m Bauzaun wird an einer Hauswand ein Rechteck abgesperrt. Welche Maße geben die größte Fläche?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Sind die zwei Seiten zur Wand x Meter lang, bleibt 100 − 2x für die dritte Seite. Die Fläche A(x) = x(100 − 2x) ist eine nach unten geöffnete Parabel. Ihr Scheitel liegt bei x = 25, also 25 m mal 50 m und 1250 m².
MerkenOptimieren
Größte Fläche, größter Gewinn: Term aufstellen, Scheitel bestimmen.
Der Scheitel ist das Maximum oder Minimum.
BeispielOptimieren mit dem Scheitelpunkt
Schritt für Schritt
- Halber Umfang: 78 : 2 = 39, also Seiten x und 39 − x
- A(x) = x · (39 − x) = −x² + 39x
- Nullstellen 0 und 39, der Scheitel liegt dazwischen: x = 39 : 2 = 19,5
- A = 19,5 · 19,5 = 380,25
- Halber Umfang: 78 : 2 = 39, also Seiten x und 39 − x
- A(x) = x · (39 − x) = −x² + 39x
- Nullstellen 0 und 39, der Scheitel liegt dazwischen: x = 39 : 2 = 19,5
- A = 19,5 · 19,5 = 380,25
AchtungBeim Umfang jede Seite nur einmal gezählt
10 m und 6 m, Umfang → 16 m
10 m und 6 m, Umfang → 32 m
Zeichne das Rechteck. Es hat zwei lange und zwei kurze Seiten.
ÜbenJetzt du
- ○31Für ein rechteckiges Gemüsebeet gibt es 18 m Zaun, der ganz herum geht. Wie groß kann die Fläche höchstens werden?So fängst du an:Halber Umfang: 18 : 2 = 9, also Seiten x und 9 − x
Lösung zeigen
- Halber Umfang: 18 : 2 = 9, also Seiten x und 9 − x
- A(x) = x · (9 − x) = −x² + 9x
- Nullstellen 0 und 9, der Scheitel liegt dazwischen: x = 9 : 2 = 4,5
- A = 4,5 · 4,5 = 20,25
Ergebnis:20,25 m² - ●32Für ein rechteckiges Spielfeld gibt es 40 m Zaun, der ganz herum geht. Wie groß kann die Fläche höchstens werden?
Lösung zeigen
- Halber Umfang: 40 : 2 = 20, also Seiten x und 20 − x
- A(x) = x · (20 − x) = −x² + 20x
- Nullstellen 0 und 20, der Scheitel liegt dazwischen: x = 20 : 2 = 10
- A = 10 · 10 = 100
Ergebnis:100 m² - ★33Ein rechteckiges Kaninchengehege liegt an einer Hauswand. Für die drei anderen Seiten gibt es 80 m Zaun. Wie groß kann die Fläche höchstens werden?
Lösung zeigen
- Seiten: x, x und 80 − 2x (die Wand braucht keinen Zaun)
- A(x) = x · (80 − 2x) = −2x² + 80x
- Nullstellen 0 und 40, Scheitel in der Mitte: x = 20
- A = 20 · 40 = 800
Ergebnis:800 m²
12Ich erkenne Fehler in Umformungen.
EntdeckenFrage
Aus (x − 2)(x − 3) = 2 folgt x = 4 oder x = 5. Warum ist das falsch, obwohl x = 4 passt?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Nur bei 0 muss ein Faktor selbst 0 sein. Bei 2 gibt es viele Paare von Faktoren. Richtig ist x² − 5x + 4 = 0, also x = 1 oder x = 4. Die Lösung x = 5 ist falsch, denn 3 · 2 = 6.
MerkenFehler finden
Vorzeichen von d, p und q; Wurzel aus negativer Zahl; zweite Lösung vergessen.
BeispielFehler in quadratischen Umformungen finden
Schritt für Schritt
- Fehler: Beim Teilen durch x geht die Lösung x = 0 verloren.
- Richtig: x² − 9x = 0, ausklammern: x · (x − 9) = 0
- x₁ = 0, x₂ = 9
- Fehler: Beim Teilen durch x geht die Lösung x = 0 verloren.
- Richtig: x² − 9x = 0, ausklammern: x · (x − 9) = 0
- x₁ = 0, x₂ = 9
Achtungx² ausgerechnet, Wurzel vergessen
x² = 9 → x = 9
x² = 9 → x = 3 oder x = −3
Ziehe am Ende die Wurzel. Gesucht ist x, nicht x².
ÜbenJetzt du
- ○34Sofia löst x² = 16 und schreibt als einzige Lösung x = 4. Was fehlt? Gib alle Lösungen an.So fängst du an:Fehler: Beim Wurzelziehen gibt es zwei Zahlen, deren Quadrat gleich ist.
Lösung zeigen
- Fehler: Beim Wurzelziehen gibt es zwei Zahlen, deren Quadrat gleich ist.
- 4 · 4 = 16 und (−4) · (−4) = 16
- x₁ = 4, x₂ = −4
Ergebnis:x₁ = 4, x₂ = −4 - ●35Emre löst x² = 2x, teilt beide Seiten durch x und schreibt als einzige Lösung x = 2. Was fehlt? Gib alle Lösungen an.
Lösung zeigen
- Fehler: Beim Teilen durch x geht die Lösung x = 0 verloren.
- Richtig: x² − 2x = 0, ausklammern: x · (x − 2) = 0
- x₁ = 0, x₂ = 2
Ergebnis:x₁ = 0, x₂ = 2 - ★36Emre löst x² + 8x + 12 = 0 mit der p-q-Formel. Emre rechnet mit −4 ± 2 und erhält 2 und 6. Finde den Fehler und gib die richtigen Lösungen an.
Lösung zeigen
- Fehler: In der p-q-Formel steht −p/2, hier also −8 : 2 = −4.
- x = −4 ± √16 − 12 = −4 ± 2
- x₁ = −2, x₂ = −6
Ergebnis:x₁ = −2, x₂ = −6
13Ich verbinde lineare und quadratische Funktionen.
EntdeckenFrage
An der Ampel fährt ein Auto los, als ein Radfahrer mit 18 km/h vorbeirollt. Wann holt das Auto ihn ein?
Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.
Auflösung
Beschleunigt das Auto gleichmäßig mit 2 m/s², ist sein Weg t² Meter. Der Radfahrer schafft 5 m je Sekunde, also 5t Meter. Aus t² = 5t folgt t = 0 oder t = 5: nach 5 Sekunden und 25 m.
MerkenThemen verbinden
In Prüfungen kommen mehrere Themen in einer Aufgabe.
Erst das Thema erkennen (Welche Regel passt?), dann rechnen, dann die Antwort im Sachzusammenhang prüfen.
BeispielSchnittpunkte von Gerade und Parabel
Schritt für Schritt
- Gleichsetzen: x² = x + 2
- Alles nach links: x² − x − 2 = 0
- Faktorisieren: (x − 2) · (x + 1) = 0, also x₁ = 2, x₂ = −1
- y-Werte: g(2) = 4, g(−1) = 1
- Gleichsetzen: x² = x + 2
- Alles nach links: x² − x − 2 = 0
- Faktorisieren: (x − 2) · (x + 1) = 0, also x₁ = 2, x₂ = −1
- y-Werte: g(2) = 4, g(−1) = 1
AchtungMinus und Klammer bei Potenzen
f(x) = x², f(−4) = −16
f(x) = x², f(−4) = (−4)² = 16
Setz negative Zahlen in Klammern ein: (−4)².
ÜbenJetzt du
- ○37Wo schneiden sich f(x) = x² und g(x) = 4x + 5? Gib die Schnittpunkte an.So fängst du an:Gleichsetzen: x² = 4x + 5
Lösung zeigen
- Gleichsetzen: x² = 4x + 5
- Alles nach links: x² − 4x − 5 = 0
- Faktorisieren: (x − 5) · (x + 1) = 0, also x₁ = 5, x₂ = −1
- y-Werte: g(5) = 25, g(−1) = 1
Ergebnis:S₁(5 | 25), S₂(−1 | 1) - ●38Wo schneiden sich f(x) = x² und g(x) = −5x − 4? Gib die Schnittpunkte an.
Lösung zeigen
- Gleichsetzen: x² = −5x − 4
- Alles nach links: x² + 5x + 4 = 0
- Faktorisieren: (x + 1) · (x + 4) = 0, also x₁ = −1, x₂ = −4
- y-Werte: g(−1) = 1, g(−4) = 16
Ergebnis:S₁(−1 | 1), S₂(−4 | 16) - ★39Wo schneiden sich f(x) = x² − x + 0 und g(x) = 4x − 4? Gib die Schnittpunkte an.
Lösung zeigen
- Gleichsetzen: f(x) = g(x) und alles nach links bringen
- x² − 5x + 4 = 0
- p-q-Formel oder Faktorisieren: x₁ = 4, x₂ = 1
- y-Werte: f(4) = 12, f(1) = 0
Ergebnis:S₁(4 | 12), S₂(1 | 0)
Vermischte Übungen
Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?
Üben
- ●40Multipliziere aus: 5(7x + 9)
Lösung zeigen
- 5 · 7x = 35x
- 5 · (9) = 45
Ergebnis:35x + 45 - ●41Vereinfache und berechne: 103 · 101
Lösung zeigen
- Gleiche Basis: Exponenten addieren → 104
- = 10.000
Ergebnis:104 = 10.000 - ●42Gib den Scheitelpunkt an: f(x) = (x + 3)² − 1
Lösung zeigen
- Scheitelpunktform a(x − d)² + e → S(d | e)
- S(−3 | −1)
Ergebnis:S(−3 | −1) - ●43Löse: x² + 4x = 0
Lösung zeigen
- p = 4, q = 0
- −p/2 = −2
- (p/2)² − q = 4 − 0 = 4
- √4 = 2
- x₁ = −2 + 2 = 0
- x₂ = −2 − 2 = −4
Ergebnis:x₁ = −4; x₂ = 0 - ●44f(x) = −x² + 3. Berechne f(−2).
Lösung zeigen
Ergebnis:−1 - ●45Eine Brücke spannt sich als Bogen. Die Höhe in Metern beschreibt h(x) = −0,25(x − 5)² + 6,25, dabei ist x der waagerechte Abstand in Metern. Wie hoch ist der Bogen in der Mitte, und an welcher Stelle?
Lösung zeigen
- Die Scheitelpunktform zeigt den Scheitel direkt: S(5 | 6,25)
- Größte Höhe 6,25 m bei x = 5 m
Ergebnis:6,25 m bei x = 5 m
Auf einen Blick
MerkenDas Wichtigste
- Normalparabel
- f(x) = x². Scheitel (0 | 0), achsensymmetrisch zur y-Achse, nach oben geöffnet.
- Verschieben
- f(x) = (x − d)² + e: Scheitel S(d | e).
- Strecken und Spiegeln
- f(x) = a · x²: |a| > 1 schmaler, |a| < 1 breiter, a < 0 nach unten geöffnet.
- Scheitelpunktform
- In f(x) = a(x − d)² + e steht der Scheitel S(d | e) direkt drin.
- Quadratische Ergänzung
- x² + px + q → (x + p/2)² − (p/2)² + q. Damit von der Normalform zur Scheitelpunktform.
- Wurzelziehen
- x² = a hat zwei Lösungen ±√a (für a > 0). x² = 0 genau eine, x² < 0 keine.
- p-q-Formel
- x² + px + q = 0 → x = −p/2 ± √((p/2)² − q). Vorher durch den Faktor vor x² teilen.
- Nullstellen
- Nullstellen: f(x) = 0 lösen – die Schnittpunkte mit der x-Achse.
- Satz von Vieta
- x₁ + x₂ = −p und x₁ · x₂ = q. Schnelle Kontrolle der Lösungen.
- Wurf und Bogen
- h(x) = −a(x − d)² + e: Der Scheitel ist der höchste Punkt.
- Optimieren
- Größte Fläche, größter Gewinn: Term aufstellen, Scheitel bestimmen.
- Fehler finden
- Vorzeichen von d, p und q; Wurzel aus negativer Zahl; zweite Lösung vergessen.
- Themen verbinden
- In Prüfungen kommen mehrere Themen in einer Aufgabe.
Kannst du das?
Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.
ÜbenSelbsttest
Ich erkenne die Normalparabel und ihre Eigenschaften.
46Gegeben ist f(x) = (x − 4)² − 1. Gib den Scheitelpunkt an und beschreibe die Verschiebung.Lösung zeigen
Ergebnis:S(4|−1)Ich verschiebe die Parabel und lese den Scheitel ab.
47Gib den Scheitelpunkt an: f(x) = (x + 5)² + 2Lösung zeigen
Ergebnis:S(−5 | 2)Ich strecke und spiegle die Parabel.
48Gegeben ist f(x) = −x². Berechne f(3) und beschreibe, wie sich der Graph von der Normalparabel unterscheidet.Lösung zeigen
Ergebnis:f(3) = −9Ich wandle Scheitelpunktform in Normalform um.
49Multipliziere aus: 3(5x + 1)Lösung zeigen
Ergebnis:15x + 3Ich bestimme den Scheitel mit quadratischer Ergänzung.
50Bestimme den Scheitelpunkt von f(x) = x² + 6x + 8 mit quadratischer Ergänzung.Lösung zeigen
Ergebnis:S(−3 | −1)Ich löse quadratische Gleichungen durch Wurzelziehen.
51Löse: x² = −16Lösung zeigen
Ergebnis:keine LösungIch löse mit der p-q-Formel.
52Löse: x² − 4x − 12 = 0Lösung zeigen
Ergebnis:x₁ = −2; x₂ = 6Ich bestimme Nullstellen und deute sie.
53Wo schneidet f(x) = (x + 3) · (x + 4) die x-Achse? Gib die Nullstellen an.Lösung zeigen
Ergebnis:x₁ = −3, x₂ = −4Ich nutze den Satz von Vieta zur Kontrolle.
54Aylin hat x² − 11x + 28 = 0 gelöst und x₁ = −7, x₂ = −4 erhalten. Prüfe durch Einsetzen.Lösung zeigen
Ergebnis:Falsch. Richtig sind x₁ = 4 und x₂ = 7.Ich modelliere Wurf- und Brückenbögen.
55Ein Ball wird geworfen. Die Höhe in Metern beschreibt h(x) = −0,1(x − 4)² + 1,6, dabei ist x der waagerechte Abstand in Metern. Wie hoch fliegt der Ball höchstens, und an welcher Stelle?Lösung zeigen
Ergebnis:1,6 m bei x = 4 mIch löse Optimierungsaufgaben.
56Für ein rechteckiges Gemüsebeet gibt es 80 m Zaun, der ganz herum geht. Wie groß kann die Fläche höchstens werden?Lösung zeigen
Ergebnis:400 m²Ich erkenne Fehler in Umformungen.
57Lara löst (x − 6)² = 9, zieht die Wurzel und rechnet nur mit x − 6 = 3 weiter. Was fehlt? Gib alle Lösungen an.Lösung zeigen
Ergebnis:x₁ = 9, x₂ = 3Ich wiederhole vertiefend.
58Gegeben ist f(x) = (x − 4)² − 2. Gib den Scheitelpunkt an und beschreibe die Verschiebung.Lösung zeigen
Ergebnis:S(4|−2)Ich verbinde lineare und quadratische Funktionen.
59Wo schneiden sich f(x) = x² und g(x) = 3x + 4? Gib die Schnittpunkte an.Lösung zeigen
Ergebnis:S₁(4 | 16), S₂(−1 | 1)Ich bereite die Abschlussprüfung vor.
60Gegeben ist f(x) = (x + 1)² + 3. Gib den Scheitelpunkt an und beschreibe die Verschiebung.Lösung zeigen
Ergebnis:S(−1|3)
Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.
Die Frage vom Anfang
EntdeckenRückschau
Zeichne die Parabel y = x² − 6x + 5 mit einer Wertetabelle von −2 bis 8. Wo ist der tiefste Punkt?
Lies deine Vermutung vom Anfang. Kannst du die Frage jetzt mit dem Kapitel beantworten?
Auflösung
Mit dem Werkzeug aus diesem Kapitel: Die Scheitelpunktform: Verschieben und Strecken lesen.
Wo brauchst du das?
Entdecken
Flugbahn beim Basketball, Brückenbögen, Satellitenschüssel. Beruf: Ingenieurwesen, Physik, Wirtschaft (Gewinnmaximum).
Wörter
- Achsensymmetrisch
- links und rechts gleich, wie gespiegelt
- Funktion
- eine Regel, die aus einer Zahl eine andere macht
- Gleichung
- zwei Rechnungen, die gleich viel wert sind
- Nullstelle
- wo der Graph die x-Achse trifft
- Scheitelpunkt
- der höchste oder tiefste Punkt der Parabel
- Term
- eine Rechnung ohne Gleichheitszeichen
Wie es zusammenhängt
Das brauchst du vorher: Terme mit Klammern und binomische Formeln, Lineare Funktionen, Terme und Gleichungen
Darauf baut auf: Quadratische Gleichungen, Funktionen
Lösungen
- S(4|−2)
- S(−2|1)
- x₁ = −3; x₂ = −1
- S(4 | 6)
- S(2 | 3)
- S(1 | −5), nach unten
- f(−3) = −4,5
- f(5) = −75
- a = −2
- 20x − 55
- 12x + 21
- −27x + 15
- S(3 | −18)
- S(−4 | −15)
- S(−3 | 20)
- x₁ = 13, x₂ = −13
- keine Lösung
- x₁ = 0, x₂ = 11
- x₁ = −4; x₂ = −1
- x = 3
- x₁ = −6; x₂ = −4
- x₁ = 3, x₂ = −5
- x₁ = 4, x₂ = −3
- 16 m
- Falsch. Richtig sind x₁ = −2 und x₂ = 7.
- Die Lösungen stimmen.
- Falsch. Richtig sind x₁ = 2 und x₂ = 7.
- 5 m bei x = 5 m
- 5 m bei x = 10 m
- 8 m
- 20,25 m²
- 100 m²
- 800 m²
- x₁ = 4, x₂ = −4
- x₁ = 0, x₂ = 2
- x₁ = −2, x₂ = −6
- S₁(5 | 25), S₂(−1 | 1)
- S₁(−1 | 1), S₂(−4 | 16)
- S₁(4 | 12), S₂(1 | 0)
- 35x + 45
- 104 = 10.000
- S(−3 | −1)
- x₁ = −4; x₂ = 0
- −1
- 6,25 m bei x = 5 m
- S(4|−1)
- S(−5 | 2)
- f(3) = −9
- 15x + 3
- S(−3 | −1)
- keine Lösung
- x₁ = −2; x₂ = 6
- x₁ = −3, x₂ = −4
- Falsch. Richtig sind x₁ = 4 und x₂ = 7.
- 1,6 m bei x = 4 m
- 400 m²
- x₁ = 9, x₂ = 3
- S(4|−2)
- S₁(4 | 16), S₂(−1 | 1)
- S(−1|3)
- f(−4) = 2
- f(x) = 3x − 1