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Gymnasium 8 · Mathematik
Funktionen · Lineare Funktionen

Geradengleichung in der Punkt-Steigungs-Form

Eine Taxifahrt in Dortmund: Nach 9 km zeigt das Taxameter 13,05 € an, und jeder weitere Kilometer kostet 1,10 €. Die Grundgebühr kennst du nicht, trotzdem kannst du den Preis für jede Strecke berechnen. Wie das geht, ohne vorher den y-Achsenabschnitt zu bestimmen, zeigt dir die Punkt-Steigungs-Form.

Gerade aus Punkt und Steigung: die Punktprobe

Oft kennst du von einer Geraden nicht den y-Achsenabschnitt $b$, sondern nur einen Punkt $P(x_1\mid y_1)$ und die Steigung $m$. Dann schreibst du $y=mx+b$ mit dem bekannten $m$, setzt die Koordinaten von $P$ ein (Punktprobe) und löst nach $b$ auf: $b=y_1-m\cdot x_1$.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Berechne die Steigung der Geraden durch die Punkte $P(-1|4)$ und $Q(2|10)$ und stelle ihre Gleichung in der Punkt-Steigungs-Form auf, indem du die Koordinaten des…

Berechne die Steigung der Geraden durch die Punkte $P(-1|4)$ und $Q(2|10)$ und stelle ihre Gleichung in der Punkt-Steigungs-Form auf, indem du die Koordinaten des Punktes $P$ verwendest.

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Die Punkt-Steigungs-Form

Die Punkt-Steigungs-Form ist eine Variante, die ohne Punktprobe auskommt und am Ende ebenfalls zu $y=mx+b$ umgeformt werden kann. Überlege: Ein weiterer Punkt $(x\mid y)$ liegt genau dann auf der Geraden, wenn das Steigungsdreieck von $P$ zu diesem Punkt die Steigung $m$ hat. Also gilt $\frac{y-y_1}{x-x_1}=m$. Multiplizierst du mit $x-x_1$, erhältst du die Form ohne Bruch.

Gerade mit Steigung 4 durch den Punkt P(3|−2) mit ihrer Gleichung in der Punkt-Steigungs-Form. 3−2 P(3|−2) y + 2 = 4(x − 3)
Üben★☆☆Nicht begonnen
Stelle die Gleichung der Geraden in der Punkt-Steigungs-Form auf, die durch den Punkt $A(3|-2)$ verläuft und die Steigung $m = 4$ hat.

Stelle die Gleichung der Geraden in der Punkt-Steigungs-Form auf, die durch den Punkt $A(3|-2)$ verläuft und die Steigung $m = 4$ hat.

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Üben★☆☆Nicht begonnen
Um die Gleichung einer barrierefreien Rampe zu bestimmen, die im Punkt $A(-3|1)$ beginnt und ein Gefälle von $5\,\%$ ($m = -0,05$) hat, schreibt David in sein Heft: $$y…

Um die Gleichung einer barrierefreien Rampe zu bestimmen, die im Punkt $A(-3|1)$ beginnt und ein Gefälle von $5\,\%$ ($m = -0,05$) hat, schreibt David in sein Heft:

$$y + 1 = -0,05(x - 3)$$
  1. a) Bestimme die beiden Denkfehler, die David beim Einsetzen der Koordinaten des Punktes in die Punkt-Steigungs-Formel $y - y_1 = m(x - x_1)$ gemacht hat.
  2. b) Gib die richtige Gleichung in der Punkt-Steigungs-Form an.
  3. c) Forme die Gleichung in die explizite Form ($y = mx + b$) um und überprüfe rechnerisch, dass die Koordinaten des Startpunkts $A(-3|1)$ die Gleichung erfüllen.
Lösen

Von der Punkt-Steigungs-Form zu y = mx + b

Aus der Punkt-Steigungs-Form kannst du Punkt und Steigung direkt ablesen. Für den y-Achsenabschnitt multiplizierst du die Klammer aus und löst nach $y$ auf.

Auch Punktproben sind jetzt leicht: Ein Punkt liegt auf der Geraden, wenn seine Koordinaten die Gleichung erfüllen.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Gegeben ist die Gerade mit der Gleichung $y - 5 = -2(x + 1)$. Gib einen Punkt an, durch den sie genau verläuft, und den Wert ihrer Steigung. Forme anschließend die…

Gegeben ist die Gerade mit der Gleichung $y - 5 = -2(x + 1)$. Gib einen Punkt an, durch den sie genau verläuft, und den Wert ihrer Steigung. Forme anschließend die Gleichung um, sodass sie in der Normalform $y = mx + b$ dasteht.

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Üben★☆☆Nicht begonnen
Eine Gerade hat die Punkt-Steigungs-Gleichung $y + 3 = \frac{1}{2}(x - 6)$. Überprüfe rechnerisch, ob der Punkt $C(8|-2)$ auf dieser Geraden liegt.

Eine Gerade hat die Punkt-Steigungs-Gleichung $y + 3 = \frac{1}{2}(x - 6)$. Überprüfe rechnerisch, ob der Punkt $C(8|-2)$ auf dieser Geraden liegt.

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Gerade durch zwei Punkte und aus Sachsituationen

Sind zwei Punkte $P(x_1\mid y_1)$ und $Q(x_2\mid y_2)$ gegeben, berechnest du zuerst die Steigung $$m=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}.$$ Dann nimmst du einen der beiden Punkte als Bezugspunkt. Beide Wahlen führen zur selben Geraden.

In Sachaufgaben ist die Steigung die Änderung pro Einheit, zum Beispiel 1,10 € pro km oder 15 cm pro Tag. Lege zuerst fest, was $x$ und $y$ bedeuten und welche Einheiten sie haben. Der bekannte Messwert ist dein Punkt. Beim Taxi: $P(9\mid 13{,}05)$ und $m=1{,}10$, also $y-13{,}05=1{,}10\,(x-9)$. Ausmultipliziert ergibt das $y=1{,}10x+3{,}15$. Die Grundgebühr beträgt also $3{,}15$ €. Damit ist der Anfang beantwortet.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Der Wasserstand eines Stausees steigt gleichmäßig um $15$ cm pro Tag. Wenn der Pegel am Messtag $10$ bei $420$ cm lag, stelle die Punkt-Steigungs-Gleichung auf, die den…

Der Wasserstand eines Stausees steigt gleichmäßig um $15$ cm pro Tag. Wenn der Pegel am Messtag $10$ bei $420$ cm lag, stelle die Punkt-Steigungs-Gleichung auf, die den Wasserstand $y$ der Anzahl der vergangenen Tage $x$ zuordnet.

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Üben★★☆Nicht begonnen
Ein Transporter-Verleih verlangt einen festen Betrag plus einen konstanten Preis pro gefahrenem Kilometer. Für eine Fahrt von $50$ km werden $65$ € berechnet und für…

Ein Transporter-Verleih verlangt einen festen Betrag plus einen konstanten Preis pro gefahrenem Kilometer. Für eine Fahrt von $50$ km werden $65$ € berechnet und für eine Fahrt von $120$ km $107$ €. Bestimme die Steigung der Kostenfunktion und stelle ihre Gleichung in der Punkt-Steigungs-Form auf.

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Üben★★★Nicht begonnen
Auf der ICE-Schnellfahrstrecke Berlin–Köln fährt ein ICE auf freier Strecke mit konstanter Reisegeschwindigkeit. Das Telemetriesystem zeichnet auf, dass der Zug um 12:15…

Auf der ICE-Schnellfahrstrecke Berlin–Köln fährt ein ICE auf freier Strecke mit konstanter Reisegeschwindigkeit. Das Telemetriesystem zeichnet auf, dass der Zug um 12:15 Uhr ($x_1 = 15$ Minuten seit 12:00 Uhr) bei Kilometer $65$ der Strecke ($y_1 = 65$ km) vorbeifährt und um 12:45 Uhr ($x_2 = 45$ Minuten) den Streckenkilometer $185$ ($y_2 = 185$ km) passiert.

  1. a) Stelle die Gleichung in der Punkt-Steigungs-Form auf, die die Streckenposition $y$ in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit $x$ (in Minuten ab 12:00 Uhr) modelliert, wobei du die erste Telemetrie-Aufzeichnung als Bezugspunkt nimmst.
  2. b) Deute die physikalische Bedeutung der Steigung $m$ des Modells: Berechne ihren Wert in km/min, wandle sie in km/h um, indem du mit $60$ multiplizierst, und beurteile, ob das eine plausible Geschwindigkeit im Hinblick auf die zulässige Höchstgeschwindigkeit des ICE ($300$ km/h) ist.
  3. c) Forme die Gleichung in die explizite Form ($y = mx + b$) um und berechne den Wert von $y$ für $x = 0$ (um 12:00 Uhr). Erkläre, warum dieser mathematische Wert nicht die tatsächliche Position des Zuges im Startbahnhof beschreibt und was das für den Gültigkeitsbereich eines linearen Modells bedeutet.
  4. d) Der Zielbahnhof Köln Hbf liegt bei Streckenkilometer $385$. Berechne, um wie viel Uhr der Zug ankommt, wenn er diese Reisegeschwindigkeit bis zur Einfahrt ununterbrochen beibehält.
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Parallele Geraden

Üben★☆☆Nicht begonnen
Stelle die Gleichung der zu $y = 3x - 7$ parallelen Geraden durch den Punkt $B(-4|1)$ in der Punkt-Steigungs-Form auf.

Stelle die Gleichung der zu $y = 3x - 7$ parallelen Geraden durch den Punkt $B(-4|1)$ in der Punkt-Steigungs-Form auf.

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Üben★★☆Nicht begonnen
Bestimme die Gleichung der zu $2x - 5y + 10 = 0$ parallelen Geraden in der Punkt-Steigungs-Form, die durch den Mittelpunkt der Strecke mit den Endpunkten $P(-1|-4)$ und…

Bestimme die Gleichung der zu $2x - 5y + 10 = 0$ parallelen Geraden in der Punkt-Steigungs-Form, die durch den Mittelpunkt der Strecke mit den Endpunkten $P(-1|-4)$ und $Q(7|2)$ verläuft.

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Erweiterung: Senkrechte Geraden und Mittelsenkrechte

Die Mittelsenkrechte einer Strecke $\overline{AB}$ steht senkrecht auf ihr und geht durch ihren Mittelpunkt $M\left(\frac{x_A+x_B}{2}\mid \frac{y_A+y_B}{2}\right)$. Du brauchst also $M$ als Bezugspunkt und die senkrechte Steigung.

Üben★★☆Nicht begonnen
Bestimme die Gleichung der Geraden in der Punkt-Steigungs-Form, die senkrecht zu $y = -\frac{1}{3}x + 5$ ist und durch den Schnittpunkt der Geraden $y = 2x - 1$ und…

Bestimme die Gleichung der Geraden in der Punkt-Steigungs-Form, die senkrecht zu $y = -\frac{1}{3}x + 5$ ist und durch den Schnittpunkt der Geraden $y = 2x - 1$ und $y = x + 3$ verläuft.

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Üben★★☆Nicht begonnen
Stelle die Gleichung der Mittelsenkrechten der Strecke mit den Endpunkten $A(-2|5)$ und $B(4|1)$ in der Punkt-Steigungs-Form auf. Denke daran: Die Mittelsenkrechte ist…

Stelle die Gleichung der Mittelsenkrechten der Strecke mit den Endpunkten $A(-2|5)$ und $B(4|1)$ in der Punkt-Steigungs-Form auf. Denke daran: Die Mittelsenkrechte ist die Gerade, die senkrecht zur Strecke durch deren Mittelpunkt verläuft.

X Y A B M
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Üben★★★Nicht begonnen
Bestimme im Dreieck mit den Eckpunkten $A(-2|-1)$, $B(4|1)$ und $C(1|5)$ die Gleichung der Geraden in der Punkt-Steigungs-Form, die die Höhe zur Ecke $C$ enthält.

Bestimme im Dreieck mit den Eckpunkten $A(-2|-1)$, $B(4|1)$ und $C(1|5)$ die Gleichung der Geraden in der Punkt-Steigungs-Form, die die Höhe zur Ecke $C$ enthält.

X Y A B C
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Auf einen Blick

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