Lektion 5.1

Variablen, Terme und einfache Gleichungen

14 min Lesezeit

Im Freibad kostet der Eintritt 3 Euro. Jedes Eis kostet 2 Euro. Du nimmst 11 Euro mit und willst alles ausgeben. Wie viele Eis kannst du kaufen?

Du kannst es ausprobieren. Mit einem Eis zahlst du 3 + 2 = 5 Euro. Mit zwei Eis zahlst du 3 + 4 = 7 Euro. Mit drei Eis zahlst du 9 Euro und mit vier Eis 11 Euro. Das klappt, dauert aber lange. Und wie wäre es mit 53 Euro?

In der Mathematik schreibt man so eine Frage kurz auf. Die Zahl, die du suchst, bekommt einen Buchstaben als Namen. Danach kannst du die Aufgabe nach festen Regeln lösen. In dieser Lektion lernst du, wie das geht.

Definition

Variable

Eine Variable ist ein Platzhalter für eine Zahl. Meistens ist es ein Buchstabe, zum Beispiel xx, nn oder aa. Du kannst sie dir wie einen leeren Kasten vorstellen, in den du eine Zahl einsetzen darfst.

Im Freibad kennst du die Anzahl der Eis noch nicht. Du nennst sie xx. Dann kosten die Eis 2⋅x2 \cdot x Euro. Dazu kommt der Eintritt. Alles zusammen kostet 3+2⋅x3 + 2 \cdot x Euro.

Zwischen einer Zahl und einer Variablen lässt man das Malzeichen weg. Statt 2⋅x2 \cdot x schreibst du kurz 2x2x. Das bedeutet immer „2 mal xx“. Es bedeutet nicht „zwanzig“ und nicht „2 plus xx“. Steht dieselbe Variable in einer Aufgabe mehrmals, meint sie überall dieselbe Zahl.

2⋅x=2x2 \cdot x = 2x
Definition

Term mit Variablen und Termwert

Einen Term kennst du als Rechenaufgabe ohne Ergebnis, zum Beispiel 3+4⋅53 + 4 \cdot 5. Ein Term darf auch Variablen enthalten, zum Beispiel 3+2x3 + 2x. Er beschreibt viele Rechnungen auf einmal.

Setzt du für die Variable eine Zahl ein, kannst du den Term ausrechnen. Das Ergebnis heißt Termwert. Für x=4x = 4 ist 3+2x=3+2⋅4=3+8=113 + 2x = 3 + 2 \cdot 4 = 3 + 8 = 11. Du setzt die Zahl überall ein, wo die Variable steht. Dann rechnest du nach den Vorrangregeln: Punkt vor Strich.

Die Tabelle zeigt den Termwert für einige Zahlen:

xx012345
3+2x3 + 2x35791113
Beispiel

Einen Term aufstellen und berechnen

Ein Kinoticket kostet 6 Euro, eine Tüte Popcorn 4 Euro. Schreibe einen Term für die Kosten von nn Tickets und einer Tüte Popcorn. Berechne den Termwert für n=3n = 3 und für n=5n = 5.

n=3:6⋅3+4=18+4=22n=5:6⋅5+4=30+4=34\begin{aligned} n = 3: \quad & 6 \cdot 3 + 4 = 18 + 4 = 22 \\ n = 5: \quad & 6 \cdot 5 + 4 = 30 + 4 = 34 \end{aligned}

nn Tickets kosten 6⋅n6 \cdot n Euro, also 6n6n Euro. Dazu kommen 4 Euro für das Popcorn. Der Term heißt 6n+46n + 4. Für n=3n = 3 setzt du 3 an die Stelle von nn. Danach gilt Punkt vor Strich: erst 6⋅3=186 \cdot 3 = 18, dann 18+4=2218 + 4 = 22. Drei Tickets und eine Tüte Popcorn kosten also 22 Euro. Für n=5n = 5 rechnest du genauso und bekommst 34 Euro.

Definition

Gleichung und Ungleichung

Verbindest du zwei Terme mit einem Gleichheitszeichen, entsteht eine Gleichung. Im Freibad sollen Eintritt und Eis zusammen 11 Euro kosten: 3+2x=113 + 2x = 11. Stell dir eine Waage vor. Links und rechts muss gleich viel liegen.

Eine Gleichung ist wahr oder falsch, je nachdem, welche Zahl du für xx einsetzt. Für x=4x = 4 ist 3+2⋅4=113 + 2 \cdot 4 = 11 wahr. Für x=2x = 2 ist 3+2⋅2=73 + 2 \cdot 2 = 7, und 7 ist nicht 11. Dann ist die Gleichung falsch.

Eine Ungleichung vergleicht zwei Terme. Dafür gibt es vier Zeichen: << heißt „kleiner als“, >> heißt „größer als“, ≤\leq heißt „kleiner oder gleich“, ≥\geq heißt „größer oder gleich“. Willst du höchstens 11 Euro ausgeben, schreibst du 3+2x≤113 + 2x \leq 11.

3+2x=113+2x≤113 + 2x = 11 \qquad 3 + 2x \leq 11
Definition

Lösung und Probe

Eine Zahl, die eine Gleichung oder Ungleichung wahr macht, heißt Lösung. Bei 3+2x=113 + 2x = 11 ist 4 die Lösung. In dieser Lektion suchst du Lösungen unter den natürlichen Zahlen 0,1,2,30, 1, 2, 3 und so weiter.

Mit der Probe prüfst du, ob eine Zahl wirklich eine Lösung ist. Du setzt sie auf beiden Seiten ein und rechnest jede Seite einzeln aus. Kommt links und rechts dasselbe heraus, stimmt die Lösung. Die Probe schützt dich vor Rechenfehlern. Mach sie immer.

Beispiel

Lösen durch Probieren

Löse 3x+4=193x + 4 = 19, indem du Zahlen einsetzt. Das Zeichen ≠\neq heißt „ist nicht gleich“.

x=2:3⋅2+4=10≠19x=4:3⋅4+4=16≠19x=5:3⋅5+4=19\begin{aligned} x = 2: \quad & 3 \cdot 2 + 4 = 10 \neq 19 \\ x = 4: \quad & 3 \cdot 4 + 4 = 16 \neq 19 \\ x = 5: \quad & 3 \cdot 5 + 4 = 19 \end{aligned}

Du beginnst mit einer Zahl, die dir einfällt. Für x=2x = 2 kommt 10 heraus. Das ist zu klein, du brauchst mehr. Für x=4x = 4 kommt 16 heraus. Das ist immer noch zu klein. Für x=5x = 5 kommt 19 heraus. Das passt. Die Lösung ist x=5x = 5, und die letzte Zeile ist schon die Probe. Probieren geht gut, solange die Zahlen klein sind. Bei großen Zahlen hilft die nächste Methode.

Beispiel

Eine Ungleichung lösen

Für welche natürlichen Zahlen ist x+6<10x + 6 < 10 wahr?

x=3:3+6=9<10x=4:4+6=10≮10\begin{aligned} x = 3: \quad & 3 + 6 = 9 < 10 \\ x = 4: \quad & 4 + 6 = 10 \not< 10 \end{aligned}

Du probierst von unten nach oben. Für 0, 1, 2 und 3 kommt 6, 7, 8 und 9 heraus. Alle sind kleiner als 10. Für 4 kommt genau 10 heraus. Das ist nicht kleiner als 10. Alle größeren Zahlen sind erst recht zu groß. Die Lösungen sind also 0, 1, 2 und 3. Eine Ungleichung hat oft mehrere Lösungen.

Definition

Umkehroperation und Rückwärtsrechnen

Eine Umkehroperation macht eine Rechnung rückgängig. Plus und Minus machen sich gegenseitig rückgängig: Addierst du 3 und ziehst dann 3 ab, bist du wieder bei der Ausgangszahl. Auch Mal und Geteilt machen sich gegenseitig rückgängig.

Der Term 2x+32x + 3 beschreibt eine Rechenkette: Starte mit xx, nimm es mal 2 und addiere dann 3. Bei einer Gleichung kennst du das Ende der Kette, hier die 11. Du gehst die Kette rückwärts. Du beginnst am Ende und machst die Schritte in umgekehrter Reihenfolge rückgängig. Aus „mal 2, dann plus 3“ wird „minus 3, dann geteilt durch 2“.

x→⋅22x→+32x+3x \xrightarrow{\cdot 2} 2x \xrightarrow{+ 3} 2x + 3
Beispiel

Eine Gleichung rückwärts lösen

Im Freibad gilt 2x+3=112x + 3 = 11. Löse die Gleichung durch Rückwärtsrechnen und mache die Probe.

11−3=88:2=4Probe: 2⋅4+3=8+3=11\begin{aligned} 11 - 3 &= 8 \\ 8 : 2 &= 4 \\ \text{Probe: } 2 \cdot 4 + 3 &= 8 + 3 = 11 \end{aligned}

Die Kette heißt: erst mal 2, dann plus 3, Ergebnis 11. Die letzte Rechnung war „plus 3“. Die machst du zuerst rückgängig: 11−3=811 - 3 = 8. Davor kam „mal 2“. Das machst du mit Geteilt rückgängig: 8:2=48 : 2 = 4. Die Lösung ist x=4x = 4. Die Probe stimmt: Links kommt 11 heraus, rechts steht 11. Im Freibad kannst du also 4 Eis kaufen.

Die Gleichung Schritt für Schritt lösen

Drücke auf „Rechnen“ und dann auf „Schritt für Schritt“. Das Werkzeug zieht auf beiden Seiten 3 ab und teilt dann durch 2. Das sind dieselben Schritte wie beim Rückwärtsrechnen. „L = {4}“ am Ende heißt: Die Lösung ist 4. Ändere dann die Gleichung, zum Beispiel zu 3x + 4 = 19, rechne vorher im Kopf und vergleiche.

Beispiel

Weitere Gleichungen rückwärts lösen

Löse a) 5x−8=275x - 8 = 27 und b) 3⋅(x+2)=243 \cdot (x + 2) = 24. Mache jeweils die Probe.

a)  27+8=35,35:5=7,x=7Probe: 5⋅7−8=35−8=27b)  24:3=8,8−2=6,x=6Probe: 3⋅(6+2)=3⋅8=24\begin{aligned} \text{a)}\; & 27 + 8 = 35, \quad 35 : 5 = 7, \quad x = 7 \\ & \text{Probe: } 5 \cdot 7 - 8 = 35 - 8 = 27 \\ \text{b)}\; & 24 : 3 = 8, \quad 8 - 2 = 6, \quad x = 6 \\ & \text{Probe: } 3 \cdot (6 + 2) = 3 \cdot 8 = 24 \end{aligned}

In a) wird erst mit 5 multipliziert und dann 8 abgezogen. Rückwärts addierst du zuerst 8 und teilst dann durch 5. In b) steht x+2x + 2 in der Klammer. Die Kette heißt: erst plus 2, dann mal 3. Rückwärts teilst du zuerst durch 3 und ziehst dann 2 ab.

Häufige Fehler

Zwei Zahlen nebeneinander

Jemand setzt x=4x = 4 in 2x2x ein und rechnet 2x=242x = 24.

Richtig ist

Zwischen der Zahl und der Variablen steht ein verstecktes Malzeichen. Richtig ist 2x=2⋅4=82x = 2 \cdot 4 = 8. Die eingesetzte Zahl wird nicht neben die 2 geschrieben.

Häufige Fehler

Rückwärts in der falschen Reihenfolge

Jemand löst 2x+3=112x + 3 = 11 so: Erst teilt er durch 2, 11:2=5,511 : 2 = 5{,}5. Dann zieht er 3 ab, 5,5−3=2,55{,}5 - 3 = 2{,}5.

Richtig ist

Die Probe zeigt den Fehler: 2⋅2,5+3=82 \cdot 2{,}5 + 3 = 8, nicht 11. Du musst die Schritte genau in umgekehrter Reihenfolge rückgängig machen. Die letzte Rechnung der Kette, hier „plus 3“, machst du als erste rückgängig.

Häufige Fehler

Eine Lösung genügt immer

Jemand sagt: „Die Ungleichung x+6<10x + 6 < 10 hat die Lösung 3. Fertig.“

Richtig ist

Bei einer Ungleichung passen oft mehrere Zahlen. Die Zahl 3 ist eine Lösung, aber auch 0, 1 und 2 passen. Du musst alle Lösungen angeben.

Zusammenfassung

  • Eine Variable ist ein Platzhalter für eine Zahl, meist ein Buchstabe. Es gilt 2x=2⋅x2x = 2 \cdot x.

  • Setzt du in einen Term eine Zahl ein und rechnest aus, bekommst du den Termwert. Dabei gilt Punkt vor Strich.

  • Eine Gleichung verbindet zwei Terme mit ==. Eine Ungleichung vergleicht sie mit <<, >>, ≤\leq oder ≥\geq.

  • Eine Lösung macht die Gleichung oder Ungleichung wahr. Mit der Probe prüfst du sie, indem du sie auf beiden Seiten einsetzt.

  • Durch Probieren setzt du Zahlen ein und vergleichst die Ergebnisse. Das geht gut bei kleinen Zahlen.

  • Beim Rückwärtsrechnen beginnst du am Ende der Rechenkette. Du machst jede Rechnung in umgekehrter Reihenfolge mit der Umkehroperation rückgängig: Plus und Minus, Mal und Geteilt.

Übungen

Aufgabe 1Numerisch

Berechne den Termwert von 4x+54x + 5 für x=6x = 6.

Aufgabe 2Multiple Choice

Welche Zahl ist die Lösung der Gleichung 3x−2=133x - 2 = 13?

Aufgabe 3Numerisch

Löse 2x+7=252x + 7 = 25. Wie lautet xx?

Aufgabe 4Multiple Choice

Für welche der Zahlen ist die Ungleichung x+5<9x + 5 < 9 wahr?

Aufgabe 5Numerisch

Löse 4⋅(x−3)=204 \cdot (x - 3) = 20. Wie lautet xx?

Aufgabe 6Freitext

Ich denke mir eine Zahl, nehme sie mal 3 und ziehe 4 ab. Es kommt 17 heraus. Schreibe die Gleichung auf, löse sie und mache die Probe.