Lineare Funktionen: Unterschied zwischen den Versionen

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= Theorie =
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{{ Infobox
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<!-- Rechte Spalte muss ausgefüllt werden, die *Werte sind optional -->
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| Name =            Lineare Funktionen
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| Bild = [[Datei:Linfkt2.png|250px|rechts]]
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| Inhaltsbereich =  Funktionale Abhängigkeiten (FA)
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| AHS =            1
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| HAK =            1
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| HTL =            1
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| HLW =            1
 +
| BAfEP =          1
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| Vorwissen =      [[Funktionen]]
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| Folgethemen =      [[Gleichungssysteme]]; [[Quadratische Funktionen]]
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| Unterrichtsidee1 =  kommt bald
 +
| Handout =         
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}}
  
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{{Vorlage:Definition|1=Die Funktionsgleichung einer linearen [[Funktionen|Funktion]] lautet $$ y=k\cdot x+d$$
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mit $k,d\in$ [[Theorie Zahlenmengen (1.1.)|$\mathbb{R} $]]. }}
  
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{{Vorlage:Merke|1=Der Graph einer linearen Funktion ist IMMER eine Gerade. }}
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[[Datei:Linfkt2.png|rechts]]
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== Graph einer linearen Funktion ==
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Der Graph einer linearen Funktion ist immer eine Gerade. Verändere im folgenden Applet die Werte von $k$ und $d$ und beobachte, was passiert.
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Sollte die folgende Animation nicht funktionieren, klicke [https://www.geogebra.org/m/W8uKujeJ auf diesen Link ].
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{{#widget:Iframe
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|url= https://www.geogebra.org/m/W8uKujeJ"
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|width=  1023
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|height=  527
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|border=1
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}}
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{{Vorlage:Definition|1=Die Funktionsgleichung einer linearen [[Funktionen|Funktion]] lautet $$ y=k\cdot x+d$$
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== Steigung $k$==
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mit $k,d\in$ [[Theorie Zahlenmengen (1.1.)|$\mathbb{R} $]] }}
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[[Datei:Linfkt-k-klein.gif|right]]
  
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Der Parameter $k$ gibt die '''(prozentuelle) Steigung''' der Geraden an. Die Steigung $k$ kann graphisch aus einer Zeichnung oder rechnerisch bestimmt werden.
  
  
  
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===Steigungsdreieck===
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[[Datei:Steigungsdreieck.png|thumb|300px|Graph mit zwei Steigungsdreiecken]]
  
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Wenn man von einem beliebigen Punkt auf der Geraden $1$ nach rechts und anschließend hinauf bzw. hinab zeichnet, um wieder auf der Geraden zu landen, erhält man ein rechtwinkliges Dreieck. Man nennt es Steigungsdreieck. Der Höhenunterschied des Dreiecks entspricht dann der Steigung $k$.
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<span style="background-color:#00FFFF">!Wichtig! </span> Der Graph einer linearen Funktion ist IMMER eine Gerade!
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{{Vorlage:Merke|1=„Fällt“ der Graph einer linearen Funktion, so ist $k$ negativ. <br>
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„Steigt“ der Graph einer linearen Funktion, so ist $k$ positiv.}}
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Oft wäre diese Vorgehensweise zu ungenau. Man kann deshalb auch größere Steigungsdreiecke einzeichnen. Dann muss man jedoch die Länge der senkrechten [[Trigonometrie#Begriffe|Kathete]] durch die Länge der waagrechten Kathete dividieren und es gilt:
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$$k=\frac{Höhenunterschied}{Längenunterschied}=\frac{\Delta y}{\Delta x}$$
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$\Delta y$ ... Länge der senkrechten [[Trigonometrie#Begriffe|Kathete]] (inkl. Vorzeichen!)
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$\Delta x$ ... Länge der waagrechten Kathete
 
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== Steigung k ==
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===Steigung aus Zahlenpaaren===
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[[Datei:Linfkt-k-klein.gif|right]]
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Wenn man von einer linearen Funktion zwei Zahlenpaare $(x|f(x))=(x|y)$ kennt oder aus einem Graph abgelesen oder berechnet hat, kann man ihre Steigung $k$ einfach bestimmen:
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Aus den Punkten $P(x_1|y_1)$ und $Q(x_2|y_2)$ erhält man die Steigung $k$ durch
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$$k=\frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1} $$ (siehe [[Differenzen- und Differentialquotient | Differenzenquotient]])
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{{Vorlage:Merke|1=Die Reihenfolge der Punkte ist egal. Die Koordinaten der Punkte müssen aber zusammenpassen. Also „erster Punkt minus zweiter Punkt“ oder „zweiter Punkt minus erster Punkt“.}}
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{{Vorlage:Beispiel|1=Ermittle die Steigung der Geraden, auf der die Punkte $P(-1\vert 3)$ und $Q(2\vert -3)$ liegen.
 
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Der [[Parameter]] k gibt die '''(prozentuelle) Steigung''' der Geraden an. Es gilt folgender Zusammenhang:
 
  
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# '''k wird eingezeichnet''', indem man von irgendeinem Punkt auf der Geraden 1 nach rechts und anschließend k hinauf/hinab geht, um wieder auf der Geraden zu landen.
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|2= '''Lösung:'''[[Datei:Beispiel_k_2Punkte.png|mini|250px]]
−
# '''k wird berechnet''', indem $k=\frac{Höhenunterschied}{Längenunterschied}=\frac{\Delta y}{\Delta x} $ (siehe [[Differenzen- und Differentialquotient | Differenzenquotient]])
+
'''Möglichkeit 1:''' Zeichne die zwei Punkte $P$ und $Q$ in ein Koordinatensystem und zeichne die verbindende Gerade ein.
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# '''k und der Steigungswinkel''': $ k=\tan{\alpha} $, wobei $\alpha$ der
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Steigungswinkel ist (siehe [[Trigonometrie (2.12 und 3.10)|Trigonometrie]] )
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Durch Einzeichnen des Steigungsdreiecks zwischen $P$ und $Q$ können auch $\Delta x$ und $\Delta y$ leicht abgelesen werden (siehe Abb.).
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Es folgt daraus $k=\frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{-6}{3}=-2$
 
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'''Möglichkeit 2:''' Nachdem die Gerade eingezeichnet wurde, kann ein Steigungsdreieck der Breite $1$ eingezeichnet werden, aus dem $k=-2$ sofort abgelesen werden kann.
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'''Möglichkeit 3:''' Direkte rechnerische Bestimmung mittels Differenzenquotient:
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$k=\frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}=\frac{-3-3}{2-(-1) }=\frac{-6}{3}=-2$
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}}
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===Steigungswinkel===
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[[Datei:Steigungswinkel.png|right|200px|Steigungswinkel]]
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Manchmal ist der Steigungswinkel einer linearen Funktion gegeben oder gesucht. Das Steigungsdreieck führt zum Zusammenhang zwischen der Steigung $k$ und Steigungswinkel $\alpha$. Aus $\tan(\alpha)=\frac{GK}{AK}$ folgt
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$$k=\tan(\alpha)$$
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(siehe [[Trigonometrie|Trigonometrie]])
  
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== d = Abstand auf der y-Achse ("Ordinatenabschnitt")==
 
 
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==Abstand $d$ auf der $y$-Achse („Ordinatenabschnitt“)==
 
[[Datei:Linfkt-d-neu-klein.gif|right]]
 
[[Datei:Linfkt-d-neu-klein.gif|right]]
−
d ist der Abstand zwischen Schnittpunkt der Geraden mit der y-Achse und dem Koordinatenursprung.  
+
$d$ gibt den $y$-Wert des Schnittpunkts der Geraden mit der $y$-Achse an.
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$d$ kann aus dem Graph abgelesen werden (manchmal nur ungenau) oder berechnet werden, indem man $x=0$ setzt.
  
  
 
Eigenschaften:
 
Eigenschaften:
−
* ist d=0, so geht die Gerade durch den Ursprung. Solche Funktionen nennt man '''''homogene'' lineare Funktionen'''. Ist d$\neq$0, so nennt man die Funktion '''inhomogen
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* ist $d=0$, so geht die Gerade durch den Ursprung. Solche Funktionen nennt man '''''homogene'' lineare Funktionen'''. Ist $d\neq 0$, so nennt man die Funktion '''inhomogen'''.
−
* bei Kostenfunktionen gibt d die Fixkosten an.
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* bei Kostenfunktionen gibt $d$ die Fixkosten an.
  
 
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===Berechnung von $d$===
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Wenn $d$ noch nicht bekannt ist, kann es aus zwei Punkten, die auf der Geraden liegen, berechnet werden. Diese Punkte sind entweder bekannt oder können aus dem Graph abgelesen werden.
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1. Schritt: Berechnung von $k$ (siehe oben)
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2. Schritt: $k$ und einen der beiden Punkte in \(y=k\cdot x+d\) einsetzen. $d$ sollte dann die einzige Unbekannte in einer linearen Gleichung sein. Durch Lösen der Gleichung erhält man $d$.
 
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{{Vorlage:Beispiel|1=Ermittle $d$ jener Geraden, auf der die Punkte $P(-1\vert 3)$ und $Q(2 \vert -3)$ liegen.
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|2= '''Lösung:'''[[Datei:Beispiel_k_2Punkte.png|mini|250px]]
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'''Möglichkeit 1:''' Zeichne die zwei Punkte $P$ und $Q$ in ein Koordinatensystem und zeichne die verbindende Gerade ein.
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Man sieht, dass die Gerade die $y$-Achse bei $1$ schneidet. $d$ ist also $1$.
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'''Möglichkeit 2:''' Direkte rechnerische Bestimmung mittels Gleichung:
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$3=-2 \cdot (-1)+d \Leftrightarrow 3=2+d \Leftrightarrow 1=d$
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}}
 
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== Verschiebung von k und d ==
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== Graph zeichnen (Gerade) ==
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[[Datei:Linfkt-k-als-bruch.png|rechts]]
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Der Graph einer linearen Funktion ist eine Gerade. Man kann sie entweder mithilfe zweier Zahlenpaare (Wertetabelle) oder $k$ und $d$ zeichnen.
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Sollte die folgende Animation nicht funktionieren, klicke [http://www.geogebratube.org/student/m56792 auf diesen Link ]
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===Zahlenpaare===
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Zeichne zwei Zahlenpaare als Punkte in ein Koordinatensystem und lege eine Gerade durch sie. Wenn du noch keine Zahlenpaare hast, kannst du sie aus der Wertetabelle der Funktion nehmen bzw. $x$-Werte in die Funktionsgleichung einsetzen. Achte darauf, dass die Punkte weit voneinander entfernt liegen, dann wird die Zeichnung genauer!
  
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<ggb_applet width="923" height="445" version="4.2" ggbBase64="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enableRightClick="true" showAlgebraInput="false" enableShiftDragZoom="false" showMenuBar="false" showToolBar="false" showToolBarHelp="true" enableLabelDrags="false" showResetIcon="true" />
 
  
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== Gerade zeichnen ==
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===$k$ und $d$===
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[[Datei:Linfkt-k-als-bruch.png|rechts]]
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# $d$ hinauf/hinab
−
Um eine Gerade mit der Geradengleichung $y=kx+d$ zu zeichnen, musst du
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# d hinauf/hinab
+
 
# eins nach rechts
 
# eins nach rechts
−
# k hinauf/hinab
+
# $k$ hinauf/hinab
  
−
Ist k ein Bruch, d.h. $k=\frac{Zähler}{Nenner}$, dann kannst du  
+
Ist $k$ ein Bruch, d. h. $k=\frac{Zähler}{Nenner}$, dann kannst du  
−
# d hinauf/hinab
+
# $d$ hinauf/hinab
 
# Nenner nach rechts
 
# Nenner nach rechts
 
# Zähler hinauf/hinab
 
# Zähler hinauf/hinab
−
 
 
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== Gerade mit gegebener Funktionsgleichung zeichnen ==
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{| align=center
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|-
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|  <ggb_applet width="900" height="400" version="5.0" id="FBXTrww2" />
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|-
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| Falls das Applet nicht funktioniert, klicke [https://www.geogebra.org/m/FBXTrww2 hier]
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|}
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== Besondere Eigenschaften (inkl. direkter Proportionalität) ==
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Lineare Funktionen erfüllen die Eigenschaft $f(x+1)=f(x)+k$
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Beweis: $f(x+1)=k\dot (x+1)+d=kx+k+d=kx+d+k=f(x)+k$
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Außerdem ist die Ableitung der linearen Funktion gleich $k$: $\frac {f(x_2)-f(x_1)} {x_2-x_1}=k=f´(x)$
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Lineare Funktionen der Form $f(x)=k \cdot x$ werden auch als direkte Proportionalitätsfunktionen bezeichnet. Diese gehen stets durch den Ursprung. Direkte Proportionalitätsfunktionen haben die besondere Eigenschaft, dass wenn x mit einem bestimmten Faktor multipliziert wird, sich auch f(x)um denselben Faktor verändert. Z.B. x wird verdoppelt, so verdoppelt sich auch f(x). Weitere Informationen findest du im Abschnitt [[Direkte_und_indirekte_Proportionalität|Direkte Proportionalität]]
 
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== Video ==
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'''Was nicht fehlen darf - ein Lied von DorFuchs:''' ''(Anmerkung: In Deutschland werden anstatt $k$ und $d$ die Variablen $m$ und $n$ verwendet.)''
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= Interaktiver Lernpfad =
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== Lernpfad: Bedeutung von k und d ==
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= Anwendungen =
 
== Anwendungen ==
 
== Anwendungen ==
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In folgenden Kapiteln kommen lineare Funktionen wieder vor:
 
# Lineare Kosten (siehe Beispiele)
 
# Lineare Kosten (siehe Beispiele)
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# [[Wachstums- und Zerfallsprozesse#Lineares Wachstum N(t)=k⋅t+N0 | Wachstums- und Zerfallsprozesse]]
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# [[Wachstums- und Zerfallsprozesse#Lineares Wachstum N(t)=k\cdot t+N0 | Wachstums- und Zerfallsprozesse]]
 
# [[Kurvendiskussionen#Wendepunkt_und_Wendetangente | Kurvendiskussionen]]
 
# [[Kurvendiskussionen#Wendepunkt_und_Wendetangente | Kurvendiskussionen]]
 
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# [[Orange: Präsentationen | <span style="background-color:#FFA500">  $Schau!\ $ </span>]]: Hier findest du eine [http://prezi.com/nasit_qd-hgs/?utm_campaign=share&utm_medium=copy Prezi-Überblickpräsentation] (erstellt von Raimund Porod)
 
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# [[Gelb: Lernpfad | <span style="background-color:#FFD700">  $Step\ by\ Step!$ </span> ]]: Hier findest du einen [http://rfdz.ph-noe.ac.at/fileadmin/lernpfade/lernpfade_lineare_funktion/ Online-Lehrpfad zu den linearen Funktionen]
 
  
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=== Online-Übungen ===
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# [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter |<span style="background-color:#FF3E96">  ? </span>]]: Selbstest zum Thema [http://www.geogebratube.org/student/m79482 Geradengleichung bestimmen (Wichtig!!)]
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# [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter| <span style="background-color:#FF3E96"> ? </span>]]: Übung zur [https://www.geogebratube.org/student/m82256 Bestimmung der Funktionsgleichung]
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==Quiz: Lineare Funktionen (FA 2.1-2.6)==
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# [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter |<span style="background-color:#FF3E96"> ? </span>]]: weitere Aufgaben zum [http://www.austromath.at/medienvielfalt/materialien/diff_einfuehrung/lernpfad/content/01_lineare_funktion.htm Bestimmen der Funktionsgleichung]
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== Bestimmen der Funktionsgleichung ==
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Im folgenden Applet kannst du dein Wissen testen. Gib dazu die Gleichung der Funktionsgleichung in das Eingabefeld ein. Beachte, dass Kommazeichen durch Punkte angegeben werden (z. B. $0.75$).
  
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*  [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]] [http://aufgabenpool.bifie.at/bhs/download.php?qid=131&file=Gletschermarathon_Pitztal_-_Imst.pdf Gletschermarathon]
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|<ggb_applet width="600" height="500" version="5.0" id="CmSf9uD8" />
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* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]] [http://aufgabenpool.bifie.at/bhs/download.php?qid=212&file=Skipiste.pdf Skipiste]  
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== Bifie-Aufgaben ==
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* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=131&file=Gletschermarathon_Pitztal_-_Imst.pdf Gletschermarathon]
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* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]]: [http://mathestunde.at/pool/pdf/Skipiste-171214.pdf Skipiste]  
 
*: Siehe auch: [[Bewegungsaufgaben - Weg/Geschwindigkeit/Beschleunigung]] und [[Steigung und Steigungswinkel]]
 
*: Siehe auch: [[Bewegungsaufgaben - Weg/Geschwindigkeit/Beschleunigung]] und [[Steigung und Steigungswinkel]]
  
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* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]] [http://aufgabenpool.bifie.at/bhs/download.php?qid=17&file=Wanderweg.pdf Wanderweg]  
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* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=17&file=Wanderweg.pdf Wanderweg]  
 
*: Siehe auch: [[Bewegungsaufgaben - Weg/Geschwindigkeit/Beschleunigung]] und [[Gleichungssysteme (2.7.) |Gleichungssysteme]]
 
*: Siehe auch: [[Bewegungsaufgaben - Weg/Geschwindigkeit/Beschleunigung]] und [[Gleichungssysteme (2.7.) |Gleichungssysteme]]
  
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* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]] [http://aufgabenpool.bifie.at/bhs/download.php?qid=24&file=Kleintransporte.pdf Kleintransporter]  
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* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=24&file=Kleintransporte.pdf Kleintransporter]  
 
*: Siehe auch: [[Gleichungssysteme (2.7.) |Gleichungssysteme]]
 
*: Siehe auch: [[Gleichungssysteme (2.7.) |Gleichungssysteme]]
  
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* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]] [http://aufgabenpool.bifie.at/bhs/download.php?qid=29&file=Planetenbahnen.pdf Planetenbahnen] (leicht-mittel-leicht)
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* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=29&file=Planetenbahnen.pdf Planetenbahnen] (leicht-mittel-leicht)
 
*: Siehe auch: [[Gleitkommazahlen und Zehnerpotenzen (1.2. und 1.3)|Gleitkommazahlen]]  
 
*: Siehe auch: [[Gleitkommazahlen und Zehnerpotenzen (1.2. und 1.3)|Gleitkommazahlen]]  
  
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*  [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]] [http://aufgabenpool.bifie.at/bhs/download.php?qid=116&file=Kleidungs-_und_Schuhproduktion.pdf Kleidungs- und Schuhproduktion] (Bifie-Aufgabe: mittel-mittel-leicht-mittel)
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*  [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00">$Bifie$</span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=116&file=Kleidungs-_und_Schuhproduktion.pdf Kleidungs- und Schuhproduktion] (Bifie-Aufgabe: mittel-mittel-leicht-mittel)
 
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== Schularbeiten- und Testaufgaben ==
 
== Schularbeiten- und Testaufgaben ==
 
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'''1. Aufgabe:''' Gib zwei Geradengleichungen in der Form $y=kx+d$ an, bei denen die entsprechenden Geraden parallel zueinander sind. Wie erkennt man bei den Gleichungen auf einen Blick, dass die Geraden parallel sind?  
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1. Gib zwei Geradengleichungen in y=kx+d-Form an, bei denen die entsprechenden Geraden parallel zueinander sind. Wie erkennt man bei den Gleichungen auf einen Blick, dass die Geraden parallel sind?  
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'''4. Aufgabe:''' Die Gerade der Form $y=kx+d$ geht durch die Punkte $(1,1)$ und $(4,3)$. Ermittle $k$ und $d$.
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4. Aufgabe: Die Gerade der Form y=kx+d geht durch die Punkte (1,1) und (4,3). Ermittle k und d !
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'''5. Aufgabe:''' Die Kommunikationsfirma P-Mobile plant einen Handytarif mit $5 €$ Grundgebühren. Aus wirtschaftlichen Gründen will sie, dass ein Kunde bei $500$ verbrauchten Gesprächsminuten eine Rechnung von insgesamt $20 €$ zahlen muss.  
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5 Aufgabe. Lineare Kosten
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Die Kommunikationsfirma P-Mobile plant einen Handytarif mit € 5 Grundgebühren. Aus wirtschaftlichen Gründen will sie, dass ein Kunde bei 500 verbrauchten Gesprächsminuten eine Rechnung von insgesamt € 20 zahlen muss.  
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Ermittle die Kosten für eine Gesprächsminute. Bestimme die lineare Kostenfunktion des Tarifs.  
 
Ermittle die Kosten für eine Gesprächsminute. Bestimme die lineare Kostenfunktion des Tarifs.  
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'''6. Aufgabe:''' Die Grundgebühr eines Handytarifs beträgt $5 €$. Für jede Gesprächsminute werden zusätzlich $20$ Cent verrechnet. Stelle die Gesamtkosten in Abhängigkeit von den Gesprächsminuten in einem passenden Koordinatensystem graphisch dar.
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6. Die Grundgebühr eines Handytarifs beträgt € 5. Für jede Gesprächsminute werden zusätzlich 20 Cent verrechnet. Stelle die Gesamtkosten in Abhängigkeit der Gesprächsminuten in einem passenden Koordinatensystem graphisch dar.
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= Weitere Materialien =
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== Online-Materialien ==
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# [[Orange: Präsentationen | <span style="background-color:#FFA500">  $Schau!$ </span>]]: Hier findest du eine [http://prezi.com/nasit_qd-hgs/?utm_campaign=share&utm_medium=copy Prezi-Überblickpräsentation] (erstellt von Raimund Porod)
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# [[Gelb: Lernpfad | <span style="background-color:#FFD700">  $Step\ by\ Step!$ </span> ]]: Hier findest du einen [http://rfdz.ph-noe.ac.at/fileadmin/lernpfade/lernpfade_lineare_funktion/index.htm Online-Lehrpfad zu den linearen Funktionen]
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=== Online-Übungen ===
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# [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter |<span style="background-color:#FF3E96">  ? </span>]]: Selbsttest zum Thema [https://www.geogebra.org/m/BC4UzP5z Geradengleichung bestimmen]
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# [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter| <span style="background-color:#FF3E96"> ? </span>]]: Übung zur  [https://www.geogebra.org/m/mkYyjnGk Bestimmung der Funktionsgleichung]
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# [[Violett: Quizzes und dynamische Aufgabenblätter |<span style="background-color:#FF3E96">  ? </span>]]: Weitere Aufgaben zum [http://www.austromath.at/medienvielfalt/materialien/diff_einfuehrung/lernpfad/content/01_lineare_funktion.htm Bestimmen der Funktionsgleichung]
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[[Kategorie: Funktionale Abhängigkeiten]]
 
[[Kategorie: Funktionale Abhängigkeiten]]

Aktuelle Version vom 1. Februar 2021, 17:41 Uhr

Infobox: Lineare Funktionen
Linfkt2.png
Inhaltsbereich: Funktionale Abhängigkeiten (FA)

Semester:

AHS: 1. Semester
HAK: 1. Semester
HTL: 1. Semester
HLW: 1. Semester
BAfEP: 1. Semester
Vorwissen: Funktionen
Folgethemen: Gleichungssysteme; Quadratische Funktionen
Unterrichtsideen:
kommt bald



Definition
Grün rufezeichen.png
Die Funktionsgleichung einer linearen Funktion lautet $$ y=k\cdot x+d$$

mit $k,d\in$ $\mathbb{R} $.



Merke
Rotes rufezeichen.png
Der Graph einer linearen Funktion ist IMMER eine Gerade.



Graph einer linearen Funktion

Der Graph einer linearen Funktion ist immer eine Gerade. Verändere im folgenden Applet die Werte von $k$ und $d$ und beobachte, was passiert.
Sollte die folgende Animation nicht funktionieren, klicke auf diesen Link .



Steigung $k$

Linfkt-k-klein.gif

Der Parameter $k$ gibt die (prozentuelle) Steigung der Geraden an. Die Steigung $k$ kann graphisch aus einer Zeichnung oder rechnerisch bestimmt werden.


Steigungsdreieck

Graph mit zwei Steigungsdreiecken

Wenn man von einem beliebigen Punkt auf der Geraden $1$ nach rechts und anschließend hinauf bzw. hinab zeichnet, um wieder auf der Geraden zu landen, erhält man ein rechtwinkliges Dreieck. Man nennt es Steigungsdreieck. Der Höhenunterschied des Dreiecks entspricht dann der Steigung $k$.

Merke
Rotes rufezeichen.png
„Fällt“ der Graph einer linearen Funktion, so ist $k$ negativ.

„Steigt“ der Graph einer linearen Funktion, so ist $k$ positiv.


Oft wäre diese Vorgehensweise zu ungenau. Man kann deshalb auch größere Steigungsdreiecke einzeichnen. Dann muss man jedoch die Länge der senkrechten Kathete durch die Länge der waagrechten Kathete dividieren und es gilt: $$k=\frac{Höhenunterschied}{Längenunterschied}=\frac{\Delta y}{\Delta x}$$ $\Delta y$ ... Länge der senkrechten Kathete (inkl. Vorzeichen!)

$\Delta x$ ... Länge der waagrechten Kathete

Steigung aus Zahlenpaaren

Wenn man von einer linearen Funktion zwei Zahlenpaare $(x|f(x))=(x|y)$ kennt oder aus einem Graph abgelesen oder berechnet hat, kann man ihre Steigung $k$ einfach bestimmen:

Aus den Punkten $P(x_1|y_1)$ und $Q(x_2|y_2)$ erhält man die Steigung $k$ durch $$k=\frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1} $$ (siehe Differenzenquotient)

Merke
Rotes rufezeichen.png
Die Reihenfolge der Punkte ist egal. Die Koordinaten der Punkte müssen aber zusammenpassen. Also „erster Punkt minus zweiter Punkt“ oder „zweiter Punkt minus erster Punkt“.


Bsp.png

Ermittle die Steigung der Geraden, auf der die Punkte $P(-1\vert 3)$ und $Q(2\vert -3)$ liegen.


Lösung:
Beispiel k 2Punkte.png

Möglichkeit 1: Zeichne die zwei Punkte $P$ und $Q$ in ein Koordinatensystem und zeichne die verbindende Gerade ein.


Durch Einzeichnen des Steigungsdreiecks zwischen $P$ und $Q$ können auch $\Delta x$ und $\Delta y$ leicht abgelesen werden (siehe Abb.). Es folgt daraus $k=\frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{-6}{3}=-2$

Möglichkeit 2: Nachdem die Gerade eingezeichnet wurde, kann ein Steigungsdreieck der Breite $1$ eingezeichnet werden, aus dem $k=-2$ sofort abgelesen werden kann.

Möglichkeit 3: Direkte rechnerische Bestimmung mittels Differenzenquotient: $k=\frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}=\frac{-3-3}{2-(-1) }=\frac{-6}{3}=-2$




Steigungswinkel

Steigungswinkel

Manchmal ist der Steigungswinkel einer linearen Funktion gegeben oder gesucht. Das Steigungsdreieck führt zum Zusammenhang zwischen der Steigung $k$ und Steigungswinkel $\alpha$. Aus $\tan(\alpha)=\frac{GK}{AK}$ folgt $$k=\tan(\alpha)$$ (siehe Trigonometrie)



Abstand $d$ auf der $y$-Achse („Ordinatenabschnitt“)

Linfkt-d-neu-klein.gif

$d$ gibt den $y$-Wert des Schnittpunkts der Geraden mit der $y$-Achse an.

$d$ kann aus dem Graph abgelesen werden (manchmal nur ungenau) oder berechnet werden, indem man $x=0$ setzt.


Eigenschaften:

  • ist $d=0$, so geht die Gerade durch den Ursprung. Solche Funktionen nennt man homogene lineare Funktionen. Ist $d\neq 0$, so nennt man die Funktion inhomogen.
  • bei Kostenfunktionen gibt $d$ die Fixkosten an.


Berechnung von $d$

Wenn $d$ noch nicht bekannt ist, kann es aus zwei Punkten, die auf der Geraden liegen, berechnet werden. Diese Punkte sind entweder bekannt oder können aus dem Graph abgelesen werden.

1. Schritt: Berechnung von $k$ (siehe oben)

2. Schritt: $k$ und einen der beiden Punkte in \(y=k\cdot x+d\) einsetzen. $d$ sollte dann die einzige Unbekannte in einer linearen Gleichung sein. Durch Lösen der Gleichung erhält man $d$.

Bsp.png

Ermittle $d$ jener Geraden, auf der die Punkte $P(-1\vert 3)$ und $Q(2 \vert -3)$ liegen.


Lösung:
Beispiel k 2Punkte.png

Möglichkeit 1: Zeichne die zwei Punkte $P$ und $Q$ in ein Koordinatensystem und zeichne die verbindende Gerade ein.


Man sieht, dass die Gerade die $y$-Achse bei $1$ schneidet. $d$ ist also $1$.

Möglichkeit 2: Direkte rechnerische Bestimmung mittels Gleichung: $3=-2 \cdot (-1)+d \Leftrightarrow 3=2+d \Leftrightarrow 1=d$









Graph zeichnen (Gerade)

Linfkt-k-als-bruch.png

Der Graph einer linearen Funktion ist eine Gerade. Man kann sie entweder mithilfe zweier Zahlenpaare (Wertetabelle) oder $k$ und $d$ zeichnen.

Zahlenpaare

Zeichne zwei Zahlenpaare als Punkte in ein Koordinatensystem und lege eine Gerade durch sie. Wenn du noch keine Zahlenpaare hast, kannst du sie aus der Wertetabelle der Funktion nehmen bzw. $x$-Werte in die Funktionsgleichung einsetzen. Achte darauf, dass die Punkte weit voneinander entfernt liegen, dann wird die Zeichnung genauer!


$k$ und $d$

  1. $d$ hinauf/hinab
  2. eins nach rechts
  3. $k$ hinauf/hinab

Ist $k$ ein Bruch, d. h. $k=\frac{Zähler}{Nenner}$, dann kannst du

  1. $d$ hinauf/hinab
  2. Nenner nach rechts
  3. Zähler hinauf/hinab



Gerade mit gegebener Funktionsgleichung zeichnen

Falls das Applet nicht funktioniert, klicke hier


Besondere Eigenschaften (inkl. direkter Proportionalität)

Lineare Funktionen erfüllen die Eigenschaft $f(x+1)=f(x)+k$

Beweis: $f(x+1)=k\dot (x+1)+d=kx+k+d=kx+d+k=f(x)+k$

Außerdem ist die Ableitung der linearen Funktion gleich $k$: $\frac {f(x_2)-f(x_1)} {x_2-x_1}=k=f´(x)$

Lineare Funktionen der Form $f(x)=k \cdot x$ werden auch als direkte Proportionalitätsfunktionen bezeichnet. Diese gehen stets durch den Ursprung. Direkte Proportionalitätsfunktionen haben die besondere Eigenschaft, dass wenn x mit einem bestimmten Faktor multipliziert wird, sich auch f(x)um denselben Faktor verändert. Z.B. x wird verdoppelt, so verdoppelt sich auch f(x). Weitere Informationen findest du im Abschnitt Direkte Proportionalität


Video

Was nicht fehlen darf - ein Lied von DorFuchs: (Anmerkung: In Deutschland werden anstatt $k$ und $d$ die Variablen $m$ und $n$ verwendet.)


Lernpfad: Bedeutung von k und d

Anwendungen

In folgenden Kapiteln kommen lineare Funktionen wieder vor:

  1. Lineare Kosten (siehe Beispiele)
  2. Wachstums- und Zerfallsprozesse
  3. Kurvendiskussionen





Quiz: Lineare Funktionen (FA 2.1-2.6)



Bestimmen der Funktionsgleichung

Im folgenden Applet kannst du dein Wissen testen. Gib dazu die Gleichung der Funktionsgleichung in das Eingabefeld ein. Beachte, dass Kommazeichen durch Punkte angegeben werden (z. B. $0.75$).

Falls das Applet nicht funktioniert, klicke hier


Bifie-Aufgaben



Schularbeiten- und Testaufgaben


1. Aufgabe: Gib zwei Geradengleichungen in der Form $y=kx+d$ an, bei denen die entsprechenden Geraden parallel zueinander sind. Wie erkennt man bei den Gleichungen auf einen Blick, dass die Geraden parallel sind?

Lösung

Lösung1.png




2. Aufgabe:

Aufgabe2.png

Lösung

Lösung2.png




3. Aufgabe:

Aufgabe3.png

Lösung

Lösung3.png




4. Aufgabe: Die Gerade der Form $y=kx+d$ geht durch die Punkte $(1,1)$ und $(4,3)$. Ermittle $k$ und $d$.

Lösung

Lösung4.png




5. Aufgabe: Die Kommunikationsfirma P-Mobile plant einen Handytarif mit $5 €$ Grundgebühren. Aus wirtschaftlichen Gründen will sie, dass ein Kunde bei $500$ verbrauchten Gesprächsminuten eine Rechnung von insgesamt $20 €$ zahlen muss. Ermittle die Kosten für eine Gesprächsminute. Bestimme die lineare Kostenfunktion des Tarifs.

Lösung

Lösung5.png




6. Aufgabe: Die Grundgebühr eines Handytarifs beträgt $5 €$. Für jede Gesprächsminute werden zusätzlich $20$ Cent verrechnet. Stelle die Gesamtkosten in Abhängigkeit von den Gesprächsminuten in einem passenden Koordinatensystem graphisch dar.

Lösung

Lösung6.png

Online-Materialien

  1. $Schau!$ : Hier findest du eine Prezi-Überblickpräsentation (erstellt von Raimund Porod)
  2. $Step\ by\ Step!$ : Hier findest du einen Online-Lehrpfad zu den linearen Funktionen

Online-Übungen

  1. ? : Selbsttest zum Thema Geradengleichung bestimmen
  2. ? : Übung zur Bestimmung der Funktionsgleichung
  3. ? : Weitere Aufgaben zum Bestimmen der Funktionsgleichung