Grundlagenfach · Lerngebiet 3 · Funktionen · 50 Lektionen

3.2 Lineare Funktionen

Lineare Funktionen \(f(x) = m\cdot x + b\) sind das einfachste Modell für einen Zusammenhang mit konstanter Änderungsrate. Hier verknüpfst du Gleichung, Wertetabelle und Gerade, liest Steigung und Achsenabschnitt direkt am Graphen ab und stellst die Funktionsgleichung aus verschiedenen Vorgaben auf.

📋 Kompetenzen nach RLP 2030 — Teilgebiet 3.2
  • den Graphen einer linearen Funktion als Gerade in der kartesischen Ebene darstellen auch ohne Hilfsmittel
  • die Koeffizienten der Funktionsgleichung geometrisch interpretieren (Steigung, Achsenabschnitt) auch ohne Hilfsmittel
  • die Funktionsgleichung einer Geraden aufstellen auch ohne Hilfsmittel
🎯 Lernziele — das kann ich nach dieser Seite
  • Ich kann den Graphen einer linearen Funktion \(f(x) = m \cdot x + b\) als Gerade zeichnen und umgekehrt aus einem Graphen die Gleichung ablesen.
  • Ich kann \(m\) als Steigung \(\frac{\Delta y}{\Delta x}\) und \(b\) als \(y\)-Achsenabschnitt deuten — auch im Sachkontext (Kilopreis, Fixkosten).
  • Ich kann zwischen den drei Darstellungen Gleichung, Wertetabelle und Graph wechseln und sie aufeinander beziehen.
  • Ich kann die Nullstelle \(x_0 = -\frac{b}{m}\) berechnen und sie vom \(y\)-Achsenabschnitt unterscheiden.
  • Ich kann die Typen linearer Funktionen (proportional, konstant, Identität) sowie parallele und senkrechte Geraden an den Koeffizienten erkennen.
  • Ich kann die Funktionsgleichung einer Geraden aus Steigung und Punkt oder aus zwei Punkten aufstellen.

Einstieg — eine Kostenfunktion

Du kaufst Kartoffeln: Das Gebinde kostet 5 CHF (Fixkosten), jedes weitere Kilogramm 2 CHF. Die Kostenfunktion lautet:

\[ K(x) = 2 \cdot x + 5 \]

Wähle mit dem Regler eine Menge \(x\) — die zugehörige Tabellenzeile und der Punkt im Graphen werden sofort hervorgehoben.

🥔 Kartoffeln kaufen: \(K(x) = 2 \cdot x + 5\) ↩ 2.2a

💡 Erkenntnis
Erkenntnis
Der Wert bei \(x = 0\) ist der Achsenabschnitt \(b = 5\) — die Fixkosten. Der gleichmässige Zuwachs von 2 CHF pro kg ist die Steigung \(m\). Eine lineare Funktion wächst in gleichen Schritten immer um den gleichen Betrag.

Gebinde 5 CHF · Kilopreis 2 CHF/kg · Menge 0–14 kg

4 kg
Funktion und Auswertung
K(x) = 2·x + 5
K(4) = 2·4 + 5 = 13.00 CHF
Wertetabelle
\(x\) [kg]Rechnung\(K(x)\) [CHF]
Graph
📘 Was sehen wir?

Alle drei Darstellungen zeigen dieselbe Funktion — aus verschiedenen Blickwinkeln:

  • Die Steigung \(m=2\) entspricht dem Kilopreis: pro kg steigen die Kosten um 2 CHF
  • Der Achsenabschnitt \(b=5\) sind die Fixkosten: auch ohne Kartoffeln kostet das Gebinde 5 CHF
✏️ Mini-Check — Einstieg
Multiple Choice

Was bedeutet die \(5\) in \(K(x) = 2 \cdot x + 5\)?

  • Den Kilopreis der Kartoffeln
  • Die Fixkosten für das Gebinde
  • Die maximale Menge in kg
Lösung anzeigen
B. Bei \(x = 0\) kg gilt \(K(0) = 5\) CHF — das Gebinde kostet auch ohne Kartoffeln. Der Kilopreis steckt in der Steigung \(m = 2\).
Lückentext

Pro zusätzliches Kilogramm steigen die Kosten um CHF — das ist die Steigung der Funktion.

Lösung anzeigen
2 CHF (die Steigung \(m = 2\); ablesbar als gleichmässiger Zuwachs in der Wertetabelle).
Kurze Rechnung

Was kosten \(10\) kg Kartoffeln?

Lösung anzeigen
\(K(10) = 2 \cdot 10 + 5 = 25\) CHF.
Transfer

Ein zweiter Anbieter verlangt \(8\) CHF fürs Gebinde, aber nur \(1.50\) CHF pro kg: \(K_2(x) = 1.5 \cdot x + 8\). Ab welcher Menge ist er günstiger?

Lösungsweg anzeigen
Ansatz: \(K(x) = K_2(x)\), also \(2 \cdot x + 5 = 1.5 \cdot x + 8\). Auflösen: \(0.5 \cdot x = 3\), also \(x = 6\). Bei genau \(6\) kg kosten beide \(17\) CHF — für mehr als \(6\) kg ist Anbieter 2 günstiger (Probe: bei \(7\) kg sind es \(19\) gegen \(18.50\) CHF).

Definition und Parameter

📘 Definition — Lineare Funktion
\[ f(x) = m \cdot x + b, \qquad m,\, b \in \mathbb{R} \]

Notation: \(f : \mathbb{R} \longrightarrow \mathbb{R},\quad x \longmapsto mx + b\)

💡 Definitionsmenge

Standardmässig ist \(D = \mathbb{R}\) — eine lineare Funktion ist für jede reelle Zahl definiert. Bei Anwendungsaufgaben wird \(D\) jedoch oft durch den Sachkontext eingeschränkt: Bei einer Zeitachse ist \(t \geq 0\); bei Stückzahlen ist \(n \in \mathbb{N}\); bei einer Rampe gibt es eine maximale Länge. Lies in Anwendungen die Definitionsmenge immer aus dem Kontext und gib sie in der Lösung explizit an.

📘 Die zwei Parameter
SymbolNameGeometrische Bedeutung
\(m\)SteigungZunahme von \(y\) pro \(\Delta x=1\); bestimmt die Neigung
\(b\)y-AchsenabschnittSchnittpunkt mit der \(y\)-Achse: \(f(0)=b\)

Die drei Darstellungen

Verändere \(m\), \(b\) und \(x\) — Gleichung, Tabelle und Graph aktualisieren sich gleichzeitig.

Interaktive Darstellungen

💡 Erkenntnis
Erkenntnis
\(b\) verschiebt die Gerade nur senkrecht — in der Tabelle ändert sich jeder \(y\)-Wert um denselben Betrag. \(m\) kippt die Gerade um den Punkt \((0 \mid b)\); negatives \(m\) lässt sie fallen. Gleichung, Tabelle und Graph zeigen immer dieselbe Funktion.

\(f(x) = mx + b\); alle drei Darstellungsformen verknüpft

2
−3
2
① Funktionsgleichung
f(x) = 2·x − 3
f(2) = 2·2 − 3 = 1
② Wertetabelle
\(x\)\(y=f(x)\)Punkt
③ Graph

Steigung, Achsenabschnitt, Nullstelle

📘 Steigung \(m\)
\[ m = \frac{\Delta y}{\Delta x} = \frac{y_2-y_1}{x_2-x_1} \]
📘 Nullstelle
\[ 0 = mx_0+b \quad\Longrightarrow\quad x_0 = -\frac{b}{m} \quad(m\neq 0) \]

Steigungsdreieck zum Ziehen

💡 Erkenntnis
Erkenntnis
Die Steigung ist ein Verhältnis, kein Abstand: Jedes Steigungsdreieck derselben Geraden liefert denselben Wert \(m\), egal wie gross es ist — die Dreiecke sind ähnlich. Fallen die \(x\)-Koordinaten zusammen, ist \(\Delta x = 0\): Die Gerade steht senkrecht, \(m\) ist nicht definiert, und der Graph ist gar keine Funktion (Vertikaltest!).

Zieh die beiden Punkte — das Steigungsdreieck und \(m\) passen sich sofort an:

Steigung aus zwei Punkten
Punkte mit Maus oder Finger ziehen — sie rasten auf halbe Einheiten ein.
✏️ Mini-Check — Steigung, Achsenabschnitt, Nullstelle
Multiple Choice

Eine Gerade geht durch \(P(2 \mid 1)\) und \(Q(6 \mid 9)\). Wie gross ist die Steigung \(m\)?

  • \(m = 2\)
  • \(m = 4\)
  • \(m = 8\)
Lösung anzeigen
A. \(m = \dfrac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} = \dfrac{9 - 1}{6 - 2} = \dfrac{8}{4} = 2\).
Lückentext

Die Nullstelle von \(f(x) = m \cdot x + b\) liegt bei \(x_0 = \) (für \(m \neq 0\)).

Lösung anzeigen
\(x_0 = -\dfrac{b}{m}\) — aus dem Ansatz \(0 = m \cdot x_0 + b\).
Kurze Rechnung

Bestimme die Nullstelle von \(f(x) = 4 \cdot x - 6\).

Lösung anzeigen
\(0 = 4 \cdot x_0 - 6\), also \(x_0 = \dfrac{6}{4} = 1.5\).
Transfer

Für \(f(x) = -2 \cdot x + 8\): In welchem Punkt schneidet der Graph die \(y\)-Achse, in welchem die \(x\)-Achse? Und woran erkennst du schon an der Gleichung, dass der Graph fällt?

Lösungsweg anzeigen
\(y\)-Achse: \(f(0) = 8\), also Punkt \((0 \mid 8)\) — der Achsenabschnitt \(b\). \(x\)-Achse: \(x_0 = -\dfrac{8}{-2} = 4\), also Punkt \((4 \mid 0)\) — die Nullstelle. Der Graph fällt, weil \(m = -2 < 0\) ist.

Typen linearer Funktionen

TypGleichungBedingungGraph
Allgemeine lineare Fkt.\(f(x)=mx+b\)\(m\neq 0\)schiefe Gerade
Proportionale Funktion\(f(x)=mx\)\(b=0\)Gerade durch Ursprung
Identität\(f(x)=x\)\(m=1, b=0\)45°-Gerade
Konstante Funktion\(f(x)=b\)\(m=0\)waagrechte Gerade
Senkrechte Gerade\(x=k\)kein \(m\)senkrechte Gerade (keine Funktion!)
📘 Parallele und senkrechte Geraden
BeziehungBedingungBeispiel
Zwei parallele Geraden\(m_1 = m_2,\; b_1\neq b_2\)\(y=2 \cdot x+1\) ∥ \(y=2 \cdot x-3\)
Zwei senkrechte Geraden\(m_1 \cdot m_2 = -1\)\(y=2 \cdot x+1\) ⊥ \(y=-\tfrac{1}{2} \cdot x+3\)
Zwei identische Geraden\(m_1=m_2,\; b_1=b_2\)dieselbe Gerade

Typen linearer Funktionen

💡 Erkenntnis
Erkenntnis
Proportional heisst \(b = 0\) — die Gerade geht durch den Ursprung; die Identität ist davon der Spezialfall \(m = 1\). Die senkrechte Gerade \(x = k\) ordnet einem einzigen \(x\)-Wert unendlich viele \(y\)-Werte zu — das verletzt die Funktionsdefinition.

Klicke auf einen Fall — nur dieser wird angezeigt:

✏️ Mini-Check — Typen und Lagebeziehungen
Multiple Choice

Welche Gleichung beschreibt eine Gerade, die keine Funktion ist?

  • \(y = 3\)
  • \(x = 3\)
  • \(y = 3 \cdot x\)
Lösung anzeigen
B. Die senkrechte Gerade \(x = 3\) ordnet dem einen Wert \(x = 3\) unendlich viele \(y\)-Werte zu — das verletzt die Funktionsdefinition. \(y = 3\) ist die konstante Funktion, \(y = 3 \cdot x\) eine proportionale Funktion.
Lückentext

Eine proportionale Funktion hat die Form \(f(x) = m \cdot x\); ihr Graph geht immer durch den .

Lösung anzeigen
Ursprung \((0 \mid 0)\) — denn \(b = 0\) bedeutet \(f(0) = 0\).
Kurze Rechnung

Welche Steigung hat eine Gerade, die senkrecht auf \(y = 2 \cdot x + 1\) steht?

Lösung anzeigen
Bedingung \(m_1 \cdot m_2 = -1\), also \(m_2 = -\dfrac{1}{2}\) (Probe: \(2 \cdot \left(-\tfrac{1}{2}\right) = -1\)).
Transfer

Schneiden sich die Geraden \(y = 3 \cdot x + 2\) und \(y = 3 \cdot x - 5\)? Begründe rechnerisch.

Lösungsweg anzeigen
Ansatz Schnittpunkt: \(3 \cdot x + 2 = 3 \cdot x - 5\) führt auf \(2 = -5\) — ein Widerspruch, es gibt keine Lösung. Die Geraden sind parallel (\(m_1 = m_2 = 3\), aber \(b_1 \neq b_2\)) und schneiden sich nie.

Funktionsgleichung aufstellen

📘 Aus zwei Punkten

Gegeben: \(P_1(x_1\mid y_1)\) und \(P_2(x_2\mid y_2)\)

\[ m = \frac{y_2-y_1}{x_2-x_1} \qquad b = y_1 - m\cdot x_1 \]
🟢 Beispiel

\(P_1(1\mid 2)\), \(P_2(3\mid 8)\)

\[ m = \frac{8-2}{3-1}=3 \qquad b=2-3\cdot 1=-1 \qquad \Rightarrow\; f(x)=3 \cdot x-1 \]
⭐ Merksatz

Durch zwei Punkte geht genau eine Gerade — zwei Punkte genügen, um \(m\) und \(b\) eindeutig zu bestimmen.

⚠ Häufiger Fehler — Steigung in falscher Leserichtung

Die Steigung \(m\) wird immer von links nach rechts gelesen: \(m = \tfrac{\Delta y}{\Delta x}\) mit \(\Delta x > 0\). Steigt der Graph dabei an, ist \(m > 0\); fällt er, ist \(m < 0\). Wer den Differenzenquotienten von rechts nach links rechnet, vertauscht oft das Vorzeichen. Tipp: zwei Punkte mit \(x_1 < x_2\) wählen, dann \(m = (y_2 - y_1) / (x_2 - x_1)\).

⚠ Häufiger Fehler: \(y\)-Achsenabschnitt mit Nullstelle verwechseln

In der Gleichung \(y = m\cdot x + b\) ist \(b\) der y-Wert bei \(x = 0\) — der Schnittpunkt der Geraden mit der y-Achse. Die Nullstelle hingegen ist der x-Wert, bei dem \(y = 0\) ist, also \(x = -b/m\). Beide Werte sind gleichzeitig im Graphen sichtbar, aber sie bedeuten verschiedene Dinge. Wer „Achsenabschnitt" hört und automatisch die Nullstelle hinschreibt, verfehlt die Aufgabe.

💡 Strategie — Steigung im Graphen ablesen

Suche zwei Gitterpunkte auf der Geraden — Punkte, deren \(x\)- und \(y\)-Koordinaten ganzzahlig sind. Zähle die Schritte nach rechts (\(\Delta x\)) und nach oben (\(\Delta y\), nach unten zählt negativ). Die Steigung ist \(m = \Delta y / \Delta x\). Beispiel: zwei Schritte nach rechts, drei Schritte nach unten → \(m = -3/2 = -1.5\). Wer immer Gitterpunkte wählt, vermeidet Ablese-Fehler durch ungenaue Zwischenwerte.

✏️ Mini-Check — Funktionsgleichung aufstellen
Multiple Choice

Eine Gerade mit Steigung \(m = -2\) geht durch \(P(3 \mid 1)\). Wie gross ist \(b\)?

  • \(b = -5\)
  • \(b = 7\)
  • \(b = 5\)
Lösung anzeigen
B. \(b = y_1 - m \cdot x_1 = 1 - (-2) \cdot 3 = 1 + 6 = 7\).
Lückentext

Durch zwei verschiedene Punkte (mit \(x_1 \neq x_2\)) geht genau Gerade.

Lösung anzeigen
eine — darum genügen zwei Punkte, um \(m\) und \(b\) eindeutig zu bestimmen.
Kurze Rechnung

Stelle die Funktionsgleichung der Geraden durch \(P_1(-1 \mid 4)\) und \(P_2(2 \mid -2)\) auf.

Lösung anzeigen
\(m = \dfrac{-2 - 4}{2 - (-1)} = \dfrac{-6}{3} = -2\), dann \(b = 4 - (-2) \cdot (-1) = 2\). Also \(f(x) = -2 \cdot x + 2\) (Probe: \(f(2) = -2\) ✓).
Transfer

Eine Gerade hat die Nullstelle \(x_0 = 5\) und den \(y\)-Achsenabschnitt \(b = 10\). Bestimme die Funktionsgleichung — ohne dass zwei Punkte direkt gegeben sind.

Lösungsweg anzeigen
Nullstelle und Achsenabschnitt sind zwei Punkte: \((5 \mid 0)\) und \((0 \mid 10)\). Daraus \(m = \dfrac{0 - 10}{5 - 0} = -2\), und \(b = 10\) ist gegeben. Also \(f(x) = -2 \cdot x + 10\) (Probe: \(f(5) = 0\) ✓).

Aufgaben

🟠 A1Funktionsgleichung aus dem Graphen ablesen

Wähle eine Gerade, lies \(m\) und \(b\) ab, gib die Gleichung ein.

A1 · Funktionsgleichung aus dem Graphen ablesen
💡 Erkenntnis
Erkenntnis
Aus dem Graphen liest man immer in dieser Reihenfolge ab: erst der Achsenabschnitt \(b\), dann die Steigung \(m\) über ein Steigungsdreieck. Wähle das Dreieck so, dass es auf Gitterpunkten endet — dann ist \(m\) ein Bruch aus ganzen Zahlen und du musst nicht schätzen.
🟠 A2Graphen zeichnen — ziehe P1 und P2 auf die Gerade

📱 Hinweis: diese Aufgabe funktioniert am besten am Computer mit Maus. Auf Touch-Geräten ist das Ziehen der Punkte fummelig — wer am Smartphone arbeitet, kann auch A3 (analytisch) machen und A2 später am Computer nachholen.

A2 · Gerade durch Ziehen zweier Punkte treffen
💡 Erkenntnis
Erkenntnis
Zwei Punkte legen eine Gerade eindeutig fest — mehr braucht es nicht. Praktisch geht es am schnellsten, wenn du zuerst den Punkt auf der \(y\)-Achse setzt (das ist \(b\)) und dann den zweiten Punkt über die Steigung: eine Einheit nach rechts, \(m\) Einheiten nach oben.
P1:(?,?)
P2:(?,?)
🟠 A3Analytisch — Funktionsgleichung bestimmen
🟠 a) Aus Steigung und \(y\)-Achsenabschnitt

\(m=3\), \(b=-4\). Wie lautet \(f(x)\)?

🟠 b) Aus Steigung und einem Punkt

\(m=-2\), \(P(3\mid 1)\). Wie lautet \(f(x)\)?

🟠 c) Aus \(y\)-Achsenabschnitt und einem Punkt

\(b=2\), \(P(4\mid 10)\). Wie lautet \(f(x)\)?

🟠 d) Aus zwei Punkten

\(A(-1\mid 5)\) und \(B(3\mid -3)\). Wie lautet \(f(x)\)?

🟠 e) Parallele Gerade

Gesucht: eine Gerade parallel zu \(g(x)=3 \cdot x-1\), die durch \(P(2\mid 10)\) geht.

🟠 f) Senkrechte Gerade

Gesucht: eine Gerade senkrecht zu \(h(x)=2 \cdot x+1\), die durch \(Q(4\mid 3)\) geht.

🟢 Lösungswege
  1. a) \(m\) und \(b\) sind direkt gegeben: \(f(x) = 3 \cdot x - 4\).
  2. b) Ansatz \(f(x) = -2 \cdot x + b\); Punkt einsetzen: \(1 = -2 \cdot 3 + b \Rightarrow b = 7\). Also \(f(x) = -2 \cdot x + 7\).
  3. c) Ansatz \(f(x) = m \cdot x + 2\); Punkt einsetzen: \(10 = m \cdot 4 + 2 \Rightarrow 4m = 8 \Rightarrow m = 2\). Also \(f(x) = 2 \cdot x + 2\).
  4. d) Steigung aus zwei Punkten: \(m = \dfrac{-3 - 5}{3 - (-1)} = \dfrac{-8}{4} = -2\). Dann \(b\): \(5 = -2 \cdot (-1) + b \Rightarrow b = 3\). Also \(f(x) = -2 \cdot x + 3\).
  5. e) Parallel heisst gleiche Steigung: \(m = 3\). Punkt einsetzen: \(10 = 3 \cdot 2 + b \Rightarrow b = 4\). Also \(f(x) = 3 \cdot x + 4\).
  6. f) Senkrecht heisst negativer Kehrwert der Steigung: \(m = -\tfrac{1}{2} = -0.5\). Punkt einsetzen: \(3 = -0.5 \cdot 4 + b \Rightarrow b = 5\). Also \(f(x) = -0.5 \cdot x + 5\).
🟠 A4Handyvertrag

Grundgebühr 15 CHF/Monat, dazu 0.08 CHF/Minute. Stelle \(K(t)\) auf. Bei welcher Minutenzahl kostet es 25 CHF?

🟢 Lösung

Sprachsignale identifizieren: „pro Minute" → Steigung \(m = 0.08\); „Grundgebühr" → y-Achsenabschnitt \(b = 15\). Mit \(t\) in Minuten und \(K\) in CHF:

\[ K(t) = 0.08 \cdot t + 15 \]

Gesuchte Minutenzahl bei \(K(t) = 25\):

\[ 25 = 0.08 \cdot t + 15 \;\Rightarrow\; 0.08 \cdot t = 10 \;\Rightarrow\; t = \frac{10}{0.08} = 125\;\text{min} \]
🟠 A5Mietauto

Firma A: 40 CHF + 0.25 CHF/km. Firma B: 70 CHF pauschal. Ab wie vielen km ist Firma B günstiger?

🟢 Lösung

Kostenfunktionen: \(K_A(x) = 0.25 \cdot x + 40\) (linear, Steigung \(0.25\)), \(K_B(x) = 70\) (konstant, Steigung \(0\)). Gleichsetzen liefert die Indifferenz-Strecke:

\[ 0.25 \cdot x + 40 = 70 \;\Rightarrow\; 0.25 \cdot x = 30 \;\Rightarrow\; x = \frac{30}{0.25} = 120\;\text{km} \]

Bei 120 km sind A und B gleich teuer. Da \(K_A\) mit steigender km-Zahl wächst und \(K_B\) konstant bleibt, ist Firma B günstiger für mehr als 120 km (bei nur ganzen km also ab 121 km).

🟠 A6Temperatur

\(0°C=32°F\), \(100°C=212°F\). Stelle \(F(C)\) auf. Was ist \(37°C\) in Fahrenheit?

🟢 Lösung

Zwei Punkte: \(P_1(0\mid 32)\) und \(P_2(100\mid 212)\). Steigung über das Steigungsdreieck:

\[ m = \frac{\Delta F}{\Delta C} = \frac{212 - 32}{100 - 0} = \frac{180}{100} = 1.8 \]

Achsenabschnitt aus \(P_1\): \(b = F(0) = 32\). Damit:

\[ F(C) = 1.8 \cdot C + 32 \qquad F(37) = 1.8 \cdot 37 + 32 = 66.6 + 32 = 98.6°F \]
🟠 A7Linearer Trend in einer Wettermessreihe Vertiefung

Drei Messpunkte zur Tages-Höchsttemperatur an einer Bergstation: \((1\mid 5)\), \((3\mid 9)\), \((5\mid 13)\). Erster Wert ist der Tag nach Messbeginn, zweiter Wert ist die Temperatur in °C.

  1. Zeige, dass die drei Punkte exakt auf einer Geraden liegen, indem du die Steigung zwischen den ersten beiden und zwischen den letzten beiden Punkten vergleichst.
  2. Stelle die Geradengleichung auf.
  3. Wie hoch wäre nach diesem Modell die Temperatur am Tag 10? Warum ist die lineare Extrapolation hier mit Vorsicht zu geniessen?
🟢 Lösung
  1. \(m_{12} = \tfrac{9 - 5}{3 - 1} = 2\), \(m_{23} = \tfrac{13 - 9}{5 - 3} = 2\). Beide gleich → die drei Punkte liegen auf einer Geraden mit Steigung \(2\).
  2. Punkt-Steigungs-Form mit \((1\mid 5)\): \(y - 5 = 2 \cdot (x - 1) \Rightarrow y = 2x + 3\). Probe mit \((3\mid 9)\): \(2 \cdot 3 + 3 = 9\) ✓.
  3. Bei \(x = 10\): \(y = 23\,°\text{C}\). Vorsicht: das Modell ist nur in einem schmalen Bereich plausibel — bei \(x = 50\) wären \(103\,°\text{C}\) prognostiziert, das ist physikalisch unsinnig. Lineare Modelle bewähren sich oft lokal, divergieren aber bei zu weiter Extrapolation.

Zusammenfassung

⭐ Merksatz

Der Graph einer linearen Funktion \(f(x) = mx + b\) ist stets eine Gerade. Zwei Punkte genügen, um sie vollständig zu bestimmen.

GrösseFormelBedeutung
\(m\)\(\displaystyle m = \frac{\Delta y}{\Delta x}\)Steigung der Geraden
\(b\)\(b = f(0)\)y-Achsenabschnitt: Schnittpunkt mit y-Achse
\(x_0\)\(\displaystyle x_0 = -\frac{b}{m}\)Nullstelle: Schnittpunkt mit x-Achse
\(\parallel\)\(m_1 = m_2,\; b_1 \neq b_2\)Zwei Geraden sind parallel
\(\perp\)\(m_1 \cdot m_2 = -1\)Zwei Geraden sind senkrecht

Clips

Clips zu den Animationen — was jede Animation zeigt

Anim
Anim
Anim
Anim
Anim
Anim
Transkripte — der gesprochene Text zum Mitlesen

Kartoffeln: Fixkosten und Kilopreis im Graphen

  1. 0:00In der Animation kaufst du Kartoffeln: fünf Franken fürs Gebinde, zwei Franken pro Kilogramm. Was steckt in der Gleichung?
  2. 0:09Stell den Regler auf null Kilogramm. Es kostet trotzdem fünf Franken: das Gebinde. Das ist der Achsenabschnitt b.
  3. 0:19Jedes Kilogramm mehr kostet zwei Franken mehr, von Punkt zu Punkt gleich viel. Dieser feste Zuwachs ist die Steigung m.
  4. 0:28Für zehn Kilogramm setzt du zehn ein: zwei mal zehn plus fünf, also fünfundzwanzig Franken. Im Graphen liegt dort der Punkt zehn, fünfundzwanzig.
  5. 0:38Merke: b ist der Wert bei null, m der Zuwachs pro Schritt. Eine lineare Funktion wächst immer in gleichen Schritten.

Drei Darstellungen: was b verschiebt und m kippt

  1. 0:00Die Animation zeigt dieselbe Funktion als Gleichung, als Tabelle und als Graph. Was passiert, wenn du b oder m veränderst?
  2. 0:09Start mit m gleich zwei und b gleich minus drei. Für x gleich zwei ergibt sich eins: Der Punkt zwei, eins liegt auf der Geraden.
  3. 0:18Jetzt nur b, von minus drei auf eins. Jeder y-Wert wächst um vier. Die Gerade rutscht nach oben und behält ihre Richtung.
  4. 0:27Jetzt nur m, von zwei auf minus zwei. Die Gerade kippt und fällt. Fest bleibt nur der Punkt auf der y-Achse: null und b.
  5. 0:37Merke: b verschiebt die Gerade senkrecht, m kippt sie um den Punkt auf der y-Achse. Alle drei Darstellungen zeigen immer dieselbe Funktion.

Steigungsdreieck: jede Grösse, dasselbe m

  1. 0:00In der Animation ziehst du zwei Punkte, und das Steigungsdreieck passt sich an. Hängt die Steigung davon ab, wie gross das Dreieck ist?
  2. 0:09P und Q liegen fünf nach rechts und vier nach oben auseinander. Die Steigung ist vier durch fünf, also null Komma acht.
  3. 0:17Jetzt rückt P auf der Geraden näher an Q. Das Dreieck wird kleiner: zwei durch zwei Komma fünf. Wieder null Komma acht, denn die Dreiecke sind ähnlich.
  4. 0:27Liegen beide Punkte übereinander, ist delta x null. Durch null lässt sich nicht teilen: m ist nicht definiert, und die senkrechte Gerade ist keine Funktion.
  5. 0:37Merke: Die Steigung ist ein Verhältnis. Jedes Steigungsdreieck derselben Geraden liefert dasselbe m. Nur bei delta x gleich null gibt es keines.

Typen: proportional, Identität, senkrecht

  1. 0:00Die Animation zeigt die Typen linearer Funktionen einzeln. Drei davon lohnen einen genauen Blick.
  2. 0:09Proportional heisst: b ist null. Dann geht die Gerade durch den Ursprung, und doppeltes x gibt doppeltes f von x.
  3. 0:19Die Identität ist eine proportionale Funktion mit m gleich eins. Jeder x-Wert wird auf sich selbst abgebildet.
  4. 0:28Die senkrechte Gerade x gleich drei ordnet einem einzigen x-Wert unendlich viele y-Werte zu. Darum ist sie keine Funktion.
  5. 0:38Merke: Proportional heisst b gleich null, die Identität hat zusätzlich m gleich eins. Eine senkrechte Gerade ist keine Funktion.

Gleichung ablesen: erst b, dann m

  1. 0:00In Aufgabe A1 liest du die Gleichung einer Geraden aus dem Graphen ab. Die Reihenfolge macht es einfach: erst b, dann m.
  2. 0:09Zuerst b: Die Gerade schneidet die y-Achse bei minus eins. Dann m: eine Einheit nach rechts, zwei nach oben. Also m gleich zwei.
  3. 0:19Hier ist b gleich zwei. Eine Einheit nach rechts landet zwischen den Gitterlinien. Besser zwei nach rechts und eins nach oben: m ist ein Halb.
  4. 0:28Merke: Erst den Achsenabschnitt ablesen, dann die Steigung über ein Dreieck, das auf Gitterpunkten endet. So musst du nie schätzen.

Gerade zeichnen: zwei Punkte über b und m

  1. 0:00In Aufgabe A2 ziehst du zwei Punkte, bis die Gerade zur Gleichung passt. Hier für f von x gleich minus zwei x plus vier.
  2. 0:09Am Anfang liegen beide Punkte auf der x-Achse. Die gestrichelte Gerade durch sie passt noch nicht.
  3. 0:17Zuerst P1 auf die y-Achse, bei b gleich vier. Damit stimmt der Achsenabschnitt schon.
  4. 0:25Dann P2: eine Einheit nach rechts und, weil m minus zwei ist, zwei nach unten. Beide Punkte liegen auf der Geraden.
  5. 0:35Merke: Zwei Punkte legen eine Gerade fest. Setz den ersten auf die y-Achse bei b, den zweiten eine Einheit rechts und m Einheiten höher.

Lineare Funktionen: Steigung ablesen

  1. 0:00Zwei Punkte sind gegeben. Gesucht ist die Geradengleichung.
  2. 0:09Schritt eins: das Steigungsdreieck. Wie weit nach rechts, wie weit hinauf?
  3. 0:19Schritt zwei: hinauf geteilt durch nach rechts.
  4. 0:27Schritt drei: einen der beiden Punkte einsetzen und b bestimmen.
  5. 0:36Schritt vier: mit dem anderen Punkt prüfen.
  6. 0:44Das Vorzeichen von m sagt, wohin die Gerade zeigt.

Lineare Funktionen: was die Steigung bedeutet

  1. 0:00Die Steigung m ist mehr als eine Zahl in der Gleichung. Sie sagt, wie stark sich y ändert, wenn x um eins wächst.
  2. 0:08Die Rechnung dahinter: Gehe von x eins Schritt nach rechts. Dann wächst y um genau m.
  3. 0:16Damit ist m eine Rate: bei m gleich drei wächst y um drei pro x-Schritt. Bei zwei Schritten sind es sechs.
  4. 0:25Das Vorzeichen sagt die Richtung: positiv steigt, negativ fällt, null bleibt waagrecht.
  5. 0:32Zum Mitnehmen: m ist hinauf durch nach rechts. Der Betrag sagt, wie steil — das Vorzeichen, wohin.

Lineare Funktionen: der y-Achsenabschnitt

  1. 0:00Das b in der Geradengleichung hat einen Namen und eine Bedeutung: es ist der y-Achsenabschnitt.
  2. 0:08Der schnellste Zugang: Setz null ein. Dann fällt der ganze x-Teil weg, und übrig bleibt b.
  3. 0:16Am Graphen ist b die Höhe, in der die Gerade die senkrechte Achse schneidet — bei minus eins also einen unter dem Ursprung.
  4. 0:23Und die Verwechslung: b ist nicht die Nullstelle. Die Nullstelle ist der Schnittpunkt mit der waagrechten Achse und muss gerechnet werden.
  5. 0:31Zum Mitnehmen: m dreht die Gerade, b schiebt sie hinauf und hinunter. Zusammen legen die beiden jede Gerade eindeutig fest.

Lineare Funktionen: Gerade aus Punkt und Steigung

  1. 0:00Gegeben sind ein Punkt und die Steigung. Gesucht ist die Geradengleichung. Die Hälfte der Arbeit ist damit schon erledigt.
  2. 0:08Der Ansatz ist immer derselbe: y gleich m x plus b, mit dem bekannten m eingesetzt. Übrig bleibt eine Gleichung mit einer Unbekannten.
  3. 0:17Jetzt der Punkt: seine x-Koordinate für x, seine y-Koordinate für y. Eins gleich drei mal zwei plus b — also b gleich minus fünf.
  4. 0:27Damit steht die Gerade: y gleich drei x minus fünf. Die Probe setzt den Punkt noch einmal ein — drei mal zwei minus fünf ist eins.
  5. 0:36Zum Mitnehmen: m einsetzen, Punkt einsetzen, b ausrechnen. Drei Schritte, und der dritte ist eine einzige Subtraktion.

Lineare Funktionen: parallel und senkrecht

  1. 0:00Zwei Geraden, zwei Lagen: parallel oder senkrecht. Beides erkennt man allein an den Steigungen.
  2. 0:08Parallel ist der einfache Fall: gleiche Steigung, verschiedenes b. Gleiche Richtung, verschobene Lage — die beiden treffen sich nie.
  3. 0:16Senkrecht ist überraschender: das Produkt der beiden Steigungen ist minus eins. Bei m gleich zwei gehört also minus ein Halb dazu.
  4. 0:25Der Grund steckt im Steigungsdreieck: Dreht man es um neunzig Grad, tauschen hinauf und nach rechts die Rolle — aus zwei zu eins wird eins zu zwei, und die Richtung kippt.
  5. 0:34Zum Mitnehmen: parallel heisst gleiches m, senkrecht heisst negativer Kehrwert. Und eine waagrechte Gerade steht senkrecht auf einer senkrechten — dort versagt die Produktregel, weil eine der beiden keine Steigung hat.

Zusatzmaterial

Materialien zum Mitnehmen, Üben und Wiederholen. Druckseiten öffnen in neuem Tab.

Externe Videos & Aufgabensammlungen

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📝 Aufgabensammlungen