Die lineare Funktion und ihre Steigung
Der Graph einer linearen Funktion ist eine Gerade. Sie hat überall dieselbe Steigung – diesen Begriff überträgst du später auf krumme Graphen.
- Funktionsterm:\(f(x)=m\cdot x+n\).
- \(n\):\(y\)-Achsenabschnitt, also \(n=f(0)\).
- \(m\):Steigung – ein Schritt nach rechts bedeutet \(m\) Einheiten nach oben.
- \(\Delta\):steht für eine Differenz, also „nachher minus vorher“.
- Steigungsdreieck:\(\Delta x\) nach rechts, \(\Delta y\) nach oben oder unten; Größe und Lage sind egal, der Quotient bleibt gleich.
Steigung: \(m=\dfrac{\Delta y}{\Delta x}\)
Stelle \(m\) und \(n\) ein und beobachte die Gerade und das Steigungsdreieck.
Geraden-Baukasten
Stelle Steigung m und Achsenabschnitt n ein. Das rote Steigungsdreieck gehört immer zu einem Schritt von \(\Delta x = 1\) nach rechts.
\(n\) verschiebt die Gerade nur nach oben oder unten. Bei \(\Delta x=1\) ist die Höhe des Steigungsdreiecks genau \(m\).
Das Vorzeichen der Änderungsrate
Bei krummen Graphen ändert sich die Steigung ständig. Ihr Vorzeichen kannst du aber direkt am Verlauf ablesen.
- Steigend:von links unten nach rechts oben, \(\Delta y>0\), also \(m>0\).
- Fallend:von links oben nach rechts unten, \(\Delta y<0\), also \(m<0\).
- Waagerecht:\(\Delta y=0\), also \(m=0\) – so an Hoch- und Tiefpunkten.
- Steilheit:je steiler, desto größer der Betrag \(|m|\).
- Lage egal:Es zählt die Richtung, nicht ob der Graph über oder unter der \(x\)-Achse liegt.
Wähle einen Abschnitt per Klick oder mit Tab und Enter und entscheide: positiv oder negativ?
Vorzeichen-Detektiv
Vier Abschnitte, zwei mögliche Antworten. Ein Abschnitt gilt erst als gelöst, wenn du ihn richtig zugeordnet hast.
An den Scheitelstellen schaltet der Graph von Fallen auf Steigen um – dort ist die Änderungsrate null.
Vorzeichen: steigend \(\Rightarrow m>0\), fallend \(\Rightarrow m<0\), waagerecht \(\Rightarrow m=0\)
Dieselbe Steigung, drei Bedeutungen
In Anwendungen hat die Steigung eine Einheit. Sie hängt nur davon ab, was auf den Achsen steht.
- Weg über Zeit:\(m=\frac{4\,\mathrm m}{5\,\mathrm s}=0{,}8\,\frac{\mathrm m}{\mathrm s}\) ist eine Geschwindigkeit.
- Geschwindigkeit über Zeit:\(m=\frac{4\,\mathrm{m/s}}{5\,\mathrm s}=0{,}8\,\frac{\mathrm m}{\mathrm s^2}\) ist eine Beschleunigung.
- km/h über s:erst umrechnen: \(4\,\frac{\mathrm{km}}{\mathrm h}\approx1{,}11\,\frac{\mathrm m}{\mathrm s}\), dann \(m\approx0{,}22\,\frac{\mathrm m}{\mathrm s^2}\).
- Weitere Einheiten:°C/h, €/kg, l/100 km.
Einheit der Änderungsrate: \([m]=\dfrac{[y]}{[x]}\)
Steigung aus zwei Punkten
Oft sind nur zwei Punkte gegeben, etwa aus einer Wertetabelle. Daraus berechnest du die Steigung direkt.
- Gegeben:\(P(x_1\,|\,y_1)\) und \(Q(x_2\,|\,y_2)\) mit \(x_1\neq x_2\).
- Differenzen:\(\Delta x=x_2-x_1\) und \(\Delta y=y_2-y_1\).
- Reihenfolge:oben und unten dieselbe Richtung; beide vertauscht ergibt dasselbe \(m\).
- Beispiel:\(P(1\,|\,2)\), \(Q(5\,|\,8)\): \(m=\frac{8-2}{5-1}=\frac{6}{4}=1{,}5\).
- Sekante:Gerade durch zwei Punkte eines Graphen – Thema des nächsten Kapitels.
- Ausnahme:Bei \(x_1=x_2\) ist die Gerade senkrecht und hat keine Steigung.
Zwei-Punkte-Formel: \(m=\dfrac{y_2-y_1}{x_2-x_1}\), \(x_1\neq x_2\)
Ziehe beide Punkte mit der Maus oder wähle sie mit Tab und verschiebe sie mit den Pfeiltasten.
Punkte-Zieher
Zwei Punkte, eine Gerade, ein Steigungsdreieck — alle Werte werden live mitgerechnet.
Liegen beide Punkte übereinander, ist \(\Delta x=0\) – dann ist die Steigung nicht definiert.
Allgemeine Hinweise
Δy durch Δx
Die Höhe kommt in den Zähler, die Breite in den Nenner. Vertauscht erhältst du den Kehrwert.
Erst Achsen prüfen
Passen die Einheiten nicht zusammen, rechne zuerst um. Sonst hat dein Ergebnis keine sinnvolle Einheit.
km/h und m/s
Von km/h nach m/s teilst du durch 3,6. Umgekehrt multiplizierst du mit 3,6.
