Lektion 1.3

Proportionale und antiproportionale Zuordnungen, Dreisatz

16 min Lesezeit

Beim Bäcker kosten 3 Brötchen 1,80 Euro. Was kosten 6 Brötchen? Du erwartest das Doppelte: 3,60 Euro. Je mehr Brötchen, desto mehr Geld.

Ein Maler streicht ein Zimmer allein in 12 Stunden. Zu zweit schaffen es zwei Maler mit gleichem Tempo in der Hälfte der Zeit, in 6 Stunden. Je mehr Maler, desto weniger Stunden.

In beiden Fällen gibt es ein festes Muster. In dieser Lektion lernst du die beiden Muster kennen und eine Methode, mit der du fehlende Werte findest: den Dreisatz.

Definition

Proportionale Zuordnung

Eine Zuordnung ordnet jedem Wert xx einer Größe einen Wert yy einer anderen Größe zu. Sie heißt proportional, wenn gilt: Verdoppelst, verdreifachst oder halbierst du xx, dann verdoppelt, verdreifacht oder halbiert sich auch yy. Die Tabelle zeigt die Brötchen:

Anzahl der Brötchen xx1236
Preis in Euro yy0,601,201,803,60

Teilst du in jeder Spalte den Preis durch die Anzahl, kommt immer 0,60 heraus. Alle Quotienten yx\frac{y}{x} sind gleich. Das nennt man Quotientengleichheit. Die feste Zahl heißt Proportionalitätsfaktor kk. Hier ist k=0,60k = 0{,}60, der Preis für ein Brötchen. Daraus folgt der Term y=k⋅xy = k \cdot x. Der Graph besteht aus Punkten auf einer Geraden durch den Ursprung, einer Ursprungsgerade. Je größer kk ist, desto steiler verläuft sie.

yx=ky=k⋅x\frac{y}{x} = k \qquad y = k \cdot x
Beispiel

Ist die Zuordnung proportional?

a) Ein Radfahrer fährt in 1 Stunde 4 km, in 2 Stunden 8 km und in 3 Stunden 12 km. b) Ein Kind ist mit 8 Jahren 130 cm groß, mit 10 Jahren 140 cm und mit 12 Jahren 150 cm. Prüfe, ob die Zuordnung proportional ist, und gib bei Ja den Term an.

a)  41=82=123=4  ⇒  y=4⋅xb)  1308=16,2514010=1415012=12,5\begin{aligned} \text{a)}\; & \frac{4}{1} = \frac{8}{2} = \frac{12}{3} = 4 \;\Rightarrow\; y = 4 \cdot x \\ \text{b)}\; & \frac{130}{8} = 16{,}25 \qquad \frac{140}{10} = 14 \qquad \frac{150}{12} = 12{,}5 \end{aligned}

a) Alle Quotienten sind 4. Die Zuordnung ist proportional mit k=4k = 4 (4 km pro Stunde). b) Die Quotienten sind verschieden. Die Zuordnung ist nicht proportional. Mit doppeltem Alter ist ein Kind nicht doppelt so groß.

Definition

Antiproportionale Zuordnung

Bei den Malern wird die Zeit kleiner, wenn mehr Maler arbeiten. Eine Zuordnung heißt antiproportional (auch indirekt proportional), wenn gilt: Verdoppelst du xx, halbiert sich yy. Verdreifachst du xx, wird yy ein Drittel so groß.

Anzahl der Maler xx12346
Zeit in Stunden yy126432

Hier ist in jeder Spalte das Produkt gleich: 1⋅12=2⋅6=3⋅4=4⋅3=6⋅2=121 \cdot 12 = 2 \cdot 6 = 3 \cdot 4 = 4 \cdot 3 = 6 \cdot 2 = 12. Das ist die Produktgleichheit. Die feste Zahl k=12k = 12 heißt wieder Proportionalitätsfaktor. Sie ist die Zeit, die ein Maler allein braucht. Es gilt x⋅y=kx \cdot y = k, also y=kxy = \frac{k}{x}.

Der Graph ist eine Hyperbel. Sie hat zwei Äste, einen im ersten und einen im dritten Quadranten. Sie nähert sich den Achsen immer weiter an und berührt sie nie. Für Sachaufgaben mit positiven Größen zählt nur der Ast im ersten Quadranten.

x⋅y=ky=kxx \cdot y = k \qquad y = \frac{k}{x}
Beispiel

Mit dem Term der Maler rechnen

Es gilt y=12xy = \frac{12}{x}. a) Wie lange brauchen 8 Maler? b) Wie viele Maler brauchst du, wenn die Arbeit in 2,4 Stunden fertig sein soll?

a)  y=128=1,5b)  12x=2,4  ⇒  x=12:2,4=5\begin{aligned} \text{a)}\; & y = \frac{12}{8} = 1{,}5 \\ \text{b)}\; & \frac{12}{x} = 2{,}4 \;\Rightarrow\; x = 12 : 2{,}4 = 5 \end{aligned}

a) Du setzt x=8x = 8 ein. Acht Maler brauchen 1,5 Stunden. b) Hier ist yy bekannt. 12 geteilt durch die gesuchte Zahl ist 2,4. Also ist die gesuchte Zahl 12 : 2,4 = 5. Probe: 12 : 5 = 2,4.

Der Graph der Maler-Zuordnung

Der Graph zeigt y = 12 : x, die Zeit in Stunden für x Maler. Fahre mit der Maus über den Graphen und lies bei etwa x = 2, x = 3 und x = 6 die Zeit ab. Vergleiche mit der Tabelle. Achte darauf, wie die Kurve fällt, wenn x größer wird. Nur der Ast rechts von der senkrechten Achse gehört zur Aufgabe, denn negative Malerzahlen gibt es nicht. Mit + und − änderst du den Ausschnitt.

Definition

Dreisatz

Oft kennst du ein Wertepaar und suchst ein zweites. Dann hilft der Dreisatz. Er hat drei Schritte:

  • Bedingung: Schreibe auf, was gegeben ist.
  • Einheit: Schließe auf den Wert für 1.
  • Gesucht: Schließe vom Wert für 1 auf den gesuchten Wert.

Bei einer proportionalen Zuordnung teilst du im zweiten Schritt und multiplizierst im dritten. Bei einer antiproportionalen Zuordnung multiplizierst du im zweiten Schritt und teilst im dritten. Entscheide zuerst, welche Art vorliegt.

Beispiel

Dreisatz in beiden Fällen

a) 5 kg Kartoffeln kosten 7,50 Euro. Was kosten 8 kg? b) 4 Pumpen leeren ein Becken in 6 Stunden. Wie lange brauchen 3 Pumpen, wenn alle gleich stark sind?

a)  5 kg→7,50 Euro1 kg→7,50:5=1,50 Euro8 kg→8⋅1,50=12 Eurob)  4 Pumpen→6 h1 Pumpe→6⋅4=24 h3 Pumpen→24:3=8 h\begin{aligned} \text{a)}\; 5\,\text{kg} &\to 7{,}50\,\text{Euro} \\ 1\,\text{kg} &\to 7{,}50 : 5 = 1{,}50\,\text{Euro} \\ 8\,\text{kg} &\to 8 \cdot 1{,}50 = 12\,\text{Euro} \\[4pt] \text{b)}\; 4\,\text{Pumpen} &\to 6\,\text{h} \\ 1\,\text{Pumpe} &\to 6 \cdot 4 = 24\,\text{h} \\ 3\,\text{Pumpen} &\to 24 : 3 = 8\,\text{h} \end{aligned}

a) Mehr Kartoffeln kosten mehr, das ist proportional. Erst teilen, dann malnehmen. b) Weniger Pumpen brauchen mehr Zeit, das ist antiproportional. Eine Pumpe braucht viermal so lange wie vier Pumpen, also 24 Stunden. Drei Pumpen brauchen davon ein Drittel. Probe: 8 Stunden sind mehr als 6 Stunden, das passt zu weniger Pumpen.

Definition

Verhältnisgleichungen

Zwei Wertepaare (x1∣y1)(x_1|y_1) und (x2∣y2)(x_2|y_2) unterscheidest du durch die kleinen Zahlen unten, die Indizes. Bei einer proportionalen Zuordnung sind die Quotienten gleich. Eine Gleichung aus zwei gleichen Verhältnissen heißt Verhältnisgleichung. Ist ein Wert unbekannt, rechnest du rückwärts wie in Klasse 5-6.

Bei einer antiproportionalen Zuordnung sind die Produkte gleich, x1⋅y1=x2⋅y2x_1 \cdot y_1 = x_2 \cdot y_2. Als Verhältnisgleichung stehen dann die Verhältnisse umgekehrt. Zum Beispiel folgt aus 4⋅6=3⋅84 \cdot 6 = 3 \cdot 8 die Gleichung 43=86\frac{4}{3} = \frac{8}{6}.

y1x1=y2x2x1x2=y2y1\frac{y_1}{x_1} = \frac{y_2}{x_2} \qquad \frac{x_1}{x_2} = \frac{y_2}{y_1}
Beispiel

Mit Verhältnisgleichungen rechnen

a) 5 kg Kartoffeln kosten 7,50 Euro. Wie viele Kilogramm bekommst du für 18 Euro? b) 4 Pumpen brauchen 6 Stunden. Wie lange brauchen 3 Pumpen?

a)  7,505=18x  ⇒  1,5=18x  ⇒  x=18:1,5=12b)  43=y6  ⇒  y=43⋅6=8\begin{aligned} \text{a)}\; & \frac{7{,}50}{5} = \frac{18}{x} \;\Rightarrow\; 1{,}5 = \frac{18}{x} \;\Rightarrow\; x = 18 : 1{,}5 = 12 \\ \text{b)}\; & \frac{4}{3} = \frac{y}{6} \;\Rightarrow\; y = \frac{4}{3} \cdot 6 = 8 \end{aligned}

a) Die linke Seite ist der Preis für 1 kg: 7,50 : 5 = 1,50. Rechts teilst du 18 Euro durch die gesuchte Menge und bekommst wieder 1,50. Also x=18:1,5=12x = 18 : 1{,}5 = 12 kg. Probe: 12 · 1,50 = 18. b) Die Pumpen stehen im Verhältnis 4 : 3, die Zeiten umgekehrt im Verhältnis y:6y : 6. Weil y6=43\frac{y}{6} = \frac{4}{3} ist, gilt y=43⋅6=8y = \frac{4}{3} \cdot 6 = 8. Das ist dasselbe Ergebnis wie beim Dreisatz.

Häufige Fehler

Je mehr, desto mehr ist nicht immer proportional

Ein Taxi nimmt 3 Euro Grundgebühr und 2 Euro je Kilometer. Jemand sagt: „Je mehr Kilometer, desto mehr Euro. Also ist die Zuordnung proportional.“

Richtig ist

Das reicht nicht. Bei 2 km zahlst du 3 + 2 · 2 = 7 Euro, bei 4 km 3 + 2 · 4 = 11 Euro. Doppelt so viele Kilometer kosten nicht doppelt so viel. Die Quotienten sind verschieden, und der Graph ist keine Ursprungsgerade.

Häufige Fehler

Je mehr, desto weniger ist nicht immer antiproportional

Ein Tank mit 100 Litern wird jede Minute um 5 Liter leerer. Jemand sagt: „Je mehr Minuten, desto weniger Liter. Also ist die Zuordnung antiproportional.“

Richtig ist

Bei einer antiproportionalen Zuordnung ist das Produkt immer gleich. Nach 10 Minuten sind noch 50 Liter im Tank, nach 20 Minuten 0 Liter. Doppelt so viel Zeit ergibt nicht halb so viele Liter. Die Produkte 10 · 50 und 20 · 0 sind verschieden.

Häufige Fehler

Dreisatz in die falsche Richtung

Jemand rechnet: „4 Pumpen brauchen 6 Stunden. 3 Pumpen brauchen 6 : 4 · 3 = 4,5 Stunden.“

Richtig ist

Weniger Pumpen brauchen mehr Zeit, nicht weniger. Bei einer antiproportionalen Zuordnung rechnest du erst mal, dann geteilt: 6 · 4 = 24 und 24 : 3 = 8 Stunden. Frage dich immer: Passt das Ergebnis zur Richtung „weniger Pumpen, mehr Zeit“?

Zusammenfassung

  • Bei einer proportionalen Zuordnung sind alle Quotienten yx\frac{y}{x} gleich, es gilt y=k⋅xy = k \cdot x. Der Graph ist eine Ursprungsgerade.

  • Bei einer antiproportionalen Zuordnung sind alle Produkte x⋅yx \cdot y gleich, es gilt y=kxy = \frac{k}{x}. Der Graph ist eine Hyperbel.

  • Der Proportionalitätsfaktor kk ist die feste Zahl: bei proportionalen Zuordnungen der Wert für 1, bei antiproportionalen das gemeinsame Produkt.

  • Dreisatz: Bedingung aufschreiben, auf 1 schließen, auf den gesuchten Wert schließen. Proportional heißt teilen, dann malnehmen. Antiproportional heißt malnehmen, dann teilen.

  • Verhältnisgleichung: y1x1=y2x2\frac{y_1}{x_1} = \frac{y_2}{x_2} bei proportionalen, x1x2=y2y1\frac{x_1}{x_2} = \frac{y_2}{y_1} bei antiproportionalen Zuordnungen.

  • „Je mehr, desto mehr“ oder „je mehr, desto weniger“ allein genügt nicht. Prüfe Quotienten und Produkte.

Übungen

Aufgabe 1Multiple Choice

Bei welcher Zuordnung sind die Größen proportional?

Aufgabe 2Numerisch

6 Liter Benzin kosten 10,50 Euro. Wie viel Euro kosten 10 Liter?

Aufgabe 3Numerisch

Ein Radfahrer braucht bei 15 km/h genau 4 Stunden für eine Strecke. Wie viele Stunden braucht er bei 20 km/h für dieselbe Strecke?

Aufgabe 4Multiple Choice

Welcher Term gehört zu einer antiproportionalen Zuordnung?

Aufgabe 5Numerisch

Für 4 Personen braucht ein Rezept 300 g Mehl. Wie viel Gramm Mehl braucht man für 10 Personen?

Aufgabe 6Freitext

Eine Zuordnung hat die Wertepaare (2 | 30), (4 | 15) und (5 | 12). Prüfe, ob sie proportional oder antiproportional ist, und gib den Term an.