Lineare Gleichungssysteme mit zwei Variablen
Im Kino kauft eine Familie 2 Erwachsenenkarten und 1 Kinderkarte und zahlt 26 Euro. Die Preise stehen nicht dabei. Welche Preise sind möglich? Vielleicht kostet eine Erwachsenenkarte 10 Euro und eine Kinderkarte 6 Euro, denn 2 · 10 + 6 = 26. Es passen aber auch 11 Euro und 4 Euro oder 9 Euro und 8 Euro. Eine einzige Angabe reicht nicht aus.
Jetzt kommt eine zweite Familie. Sie kauft 1 Erwachsenenkarte und 3 Kinderkarten und zahlt 28 Euro. Mit beiden Angaben zusammen bleibt nur noch eine Möglichkeit. Wie findest du sie, ohne zu raten? Das lernst du in dieser Lektion.
Lineares Gleichungssystem und seine Lösung
Sei der Preis einer Erwachsenenkarte und der Preis einer Kinderkarte, jeweils in Euro. Die beiden Käufe ergeben zwei Gleichungen. Zusammen bilden sie ein lineares Gleichungssystem mit zwei Variablen. „Linear“ heißt: und kommen nur in der ersten Potenz vor und werden nicht miteinander multipliziert. Die Gleichungen nummerierst du mit I und II.
Eine Lösung des Systems ist ein Zahlenpaar , das beide Gleichungen wahr macht. Das Paar passt zu I, denn . Zu II passt es nicht, denn . Das Paar macht beide Gleichungen wahr. Die Lösungsmenge ist . Die Probe prüft immer beide Gleichungen.
Grafisches Lösen
Jede Gleichung mit zwei Variablen kannst du nach auflösen. Aus wird . Das ist eine Geradengleichung, und alle Lösungspaare dieser Gleichung liegen auf der Geraden. Bei einem System zeichnest du beide Geraden. Ein Paar, das beide Gleichungen erfüllt, liegt auf beiden Geraden. Das ist der Schnittpunkt, und seine Koordinaten sind die Lösung. Beim Ablesen bleibt eine kleine Ungenauigkeit, deshalb machst du immer die Probe.
Grafisch lösen
Grafisch lösen
Löse grafisch: I: und II: .
Du löst beide Gleichungen nach auf. Gerade I hat den -Achsenabschnitt 5 und die Steigung . Gerade II hat den -Achsenabschnitt und die Steigung 2. Du zeichnest beide Geraden, sie schneiden sich bei . Probe: In I gilt . In II gilt . Die Lösungsmenge ist .
Einsetzungsverfahren
Zeichnen ist ungenau, Rechnen ist genau. Beim Einsetzungsverfahren gehst du so vor:
- Löse eine Gleichung nach einer Variablen auf. Am besten wählst du eine, bei der das leicht geht.
- Setze den Term in die andere Gleichung ein. Dort bleibt nur eine Variable.
- Löse diese Gleichung.
- Setze das Ergebnis in die umgestellte Gleichung ein und berechne die zweite Variable.
- Mache die Probe in beiden Gleichungen.
Die Kinokarten
Die Kinokarten
Löse das System aus der Motivation: I: und II: .
In II steht ohne Zahl davor, deshalb stellst du II nach um. Diesen Term setzt du in I ein, in Klammern. Dann bleibt eine Gleichung mit nur . Mit berechnest du . Probe: In I gilt . In II gilt . Eine Erwachsenenkarte kostet 10 Euro, eine Kinderkarte 6 Euro.
Gleichsetzungsverfahren
Sind beide Gleichungen schon nach derselben Variablen aufgelöst, setzt du die rechten Seiten gleich. Das ist das Gleichsetzungsverfahren. Es ist ein Sonderfall des Einsetzens und dasselbe Vorgehen wie beim Schnittpunkt zweier Geraden. Sind die Gleichungen noch nicht aufgelöst, stellst du sie zuerst beide nach derselben Variablen um.
Gleichsetzen
Gleichsetzen
Löse: I: und II: .
Beide rechten Seiten sind gleich , also sind sie gleich. Du löst die Gleichung nach und setzt in I ein. Probe mit II: . Die Lösung ist .
Additionsverfahren
Beim Additionsverfahren addierst du die beiden Gleichungen. Das darfst du, weil auf beiden Seiten dasselbe dazukommt. Ein Beispiel: I: und II: . Addierst du sie, fällt weg: , also . Dann ist .
Meist fällt noch nichts weg. Dann multiplizierst du eine oder beide Gleichungen vorher mit passenden Zahlen, damit eine Variable gegensätzliche Zahlen bekommt. Du multiplizierst immer beide Seiten. Haben beide Gleichungen dieselbe Zahl vor einer Variablen, kannst du auch subtrahieren.
Additionsverfahren mit Multiplizieren
Additionsverfahren mit Multiplizieren
Löse: I: und II: .
Du willst loswerden. Die Zahlen vor sind 3 und . Das kleinste gemeinsame Vielfache von 3 und 2 ist 6. Deshalb multiplizierst du I mit 2 und II mit 3. Dann stehen und da. Beim Addieren fällt weg. Mit rechnest du aus I aus. Probe mit II: .
Lösbarkeit und Lösungsvielfalt
Zwei Geraden können sich schneiden, parallel verlaufen oder zusammenfallen. Daraus ergeben sich drei Fälle:
- Genau eine Lösung: Die Geraden schneiden sich. Das ist der Normalfall.
- Keine Lösung: Die Geraden sind parallel. Beim Rechnen entsteht eine falsche Aussage wie . Die Lösungsmenge ist leer, .
- Unendlich viele Lösungen: Die Geraden sind identisch. Beim Rechnen entsteht eine wahre Aussage wie , oder die beiden Gleichungen sind in Wahrheit dieselbe. Jeder Punkt der Geraden ist eine Lösung.
Keine oder unendlich viele Lösungen
Keine oder unendlich viele Lösungen
a) I: und II: . b) I: und II: .
In a) haben beide Geraden die Steigung 2, aber verschiedene -Achsenabschnitte. Sie sind parallel, und es gibt keine Lösung. In b) wird II durch 2 geteilt, und es entsteht genau I. Beide Gleichungen beschreiben dieselbe Gerade . Alle Paare sind Lösungen, zum Beispiel , und .
Sachaufgaben
Bei Sachaufgaben, die auf ein Gleichungssystem führen, gehst du so vor:
- Lege fest, was die beiden Variablen bedeuten.
- Stelle aus dem Text zwei Gleichungen auf.
- Löse das System mit einem Verfahren deiner Wahl. Das Einsetzen passt, wenn eine Variable allein steht oder leicht freizustellen ist. Das Addieren passt, wenn die Zahlen vor einer Variablen gleich oder gegensätzlich sind.
- Mache die Probe am Text, nicht nur an den Gleichungen, und schreibe einen Antwortsatz.
Hühner und Kaninchen
Hühner und Kaninchen
Auf einem Hof leben Hühner und Kaninchen. Zusammen sind es 20 Tiere mit 56 Beinen. Wie viele Hühner und wie viele Kaninchen sind es?
Sei die Zahl der Hühner und die Zahl der Kaninchen. Ein Huhn hat 2 Beine, ein Kaninchen 4. Daraus entstehen die Gleichungen I und II. Du stellst I nach um und setzt in II ein. Probe am Text: Tiere und Beine. Es sind 12 Hühner und 8 Kaninchen.
Nur eine Variable ausrechnen
Nur eine Variable ausrechnen
Jemand löst I: und II: , bekommt und schreibt .
Eine Lösung ist ein Paar. Du musst auch berechnen: ergibt . Die Lösung ist , also .
Beim Einsetzen die Klammer vergessen
Beim Einsetzen die Klammer vergessen
Jemand setzt in ein und schreibt .
Der Term muss in Klammern stehen, denn die 2 gehört zu beiden Teilen: . Ausmultipliziert ist das .
Nur eine Seite multiplizieren
Nur eine Seite multiplizieren
Jemand multipliziert II: mit 3 und schreibt .
Beim Multiplizieren musst du beide Seiten mit der Zahl malnehmen. Richtig ist .
Zusammenfassung
Ein lineares Gleichungssystem besteht aus zwei Gleichungen mit zwei Variablen. Eine Lösung ist ein Zahlenpaar , das beide Gleichungen wahr macht. Die Probe prüft beide.
Grafisch löst du es, indem du beide Gleichungen nach auflöst, die Geraden zeichnest und den Schnittpunkt abliest. Das ist nur ungefähr genau.
Einsetzungsverfahren: Stelle eine Gleichung nach einer Variablen um und setze den Term in die andere Gleichung ein.
Gleichsetzungsverfahren: Löse beide Gleichungen nach derselben Variablen auf und setze die rechten Seiten gleich.
Additionsverfahren: Multipliziere die Gleichungen so, dass eine Variable gegensätzliche Zahlen hat, und addiere. Die Variable fällt weg.
Es gibt genau eine Lösung (die Geraden schneiden sich), keine Lösung (parallel, falsche Aussage) oder unendlich viele Lösungen (identisch, wahre Aussage wie ).
Bei Sachaufgaben legst du die Variablen fest, stellst zwei Gleichungen auf, löst, machst die Probe am Text und schreibst einen Antwortsatz.
Übungen
Löse das System I: und II: . Wie groß ist ?
Welches Paar löst das System I: und II: ?
Löse I: und II: mit dem Additionsverfahren. Wie groß ist ?
Wie viele Lösungen hat das System I: und II: ?
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