Betrag in Gleichungen und Funktionen
Ein Thermometer zeigt Grad. Wie weit ist das von 0 Grad entfernt? Die Antwort ist 3 Grad, egal ob es 3 Grad über oder unter null ist. In einem Haus mit Keller gilt dasselbe: Stockwerk 2 und Stockwerk sind gleich weit vom Erdgeschoss entfernt.
Diesen Abstand zur 0 kennst du als Betrag. Jetzt stellen sich zwei neue Fragen. Welche Zahlen haben den Betrag 4? Das ist eine Gleichung mit einem Betrag. Und wie sieht der Graph aus, wenn du jeder Zahl ihren Betrag zuordnest? Beides klärst du in dieser Lektion.
Betrag, abschnittsweise definiert
Der Betrag einer Zahl ist ihr Abstand von der 0 auf der Zahlengeraden. Es gilt und . Ein Betrag ist nie negativ. Du kannst die Rechnung in zwei Fällen aufschreiben:
- Ist , dann ist .
- Ist , dann ist . Das Minus macht aus der negativen Zahl eine positive. Für ist .
Eine Vorschrift mit mehreren Fällen heißt abschnittsweise definiert: Für verschiedene Abschnitte der Zahlengeraden gilt eine andere Rechnung. Du schreibst die Fälle untereinander hinter eine große Klammer.
Betragsgleichung
Eine Gleichung, in der die Unbekannte in einem Betrag steckt, heißt Betragsgleichung. Die einfachste ist . Du suchst Zahlen mit dem Abstand 4 von der 0. Das sind 4 und , also . Bei gibt es nur die 0. Bei gibt es keine Lösung, denn ein Abstand ist nie negativ.
Steht im Betrag ein Term, zum Beispiel , löst du in zwei Fällen. Der Term im Betrag ist entweder 3 oder . Für eine Zahl gilt: heißt oder . Dabei steht für den Term im Betrag. Anschaulich ist der Unterschied zwischen und 2, und sein Betrag ist der Abstand der beiden Zahlen. Gesucht sind also die Zahlen, die von 2 den Abstand 3 haben.
Betragsgleichungen lösen
Betragsgleichungen lösen
Löse a) und b) .
In a) setzt du den Term im Betrag gleich 3 und gleich . Beide Gleichungen sind linear, du löst sie einzeln. Es ist . Probe: und . In b) gibt die Lösung . Aus folgt und . Es ist . Probe: und .
Den Betrag zuerst allein stellen
Den Betrag zuerst allein stellen
Löse c) und d) .
In c) stellst du zuerst den Betrag allein, so wie du sonst allein stellst. Erst wenn allein steht, nutzt du die Regel mit den zwei Fällen. Es ist . Probe: und . In d) steht links ein Abstand und rechts eine negative Zahl. Ein Betrag ist nie negativ, also gibt es keine Lösung: .
Betragsfunktion
Du ordnest jeder Zahl ihren Betrag zu. Eine Vorschrift, die jeder Zahl genau eine Zahl zuordnet, heißt auch Funktion. Du schreibst oder und sprichst „f von x“. Der Ausdruck heißt: Setze für ein. Es ist . Diese Funktion heißt Betragsfunktion. Weil der Betrag abschnittsweise definiert ist, gilt dasselbe für die Funktion.
| 3 | 2 | 1 | 0 | 1 | 2 | 3 |
Trägst du die Punkte in ein Koordinatensystem ein, entsteht ein V. Rechts von der 0 liegen die Punkte auf der Geraden , links auf der Geraden . Beide Geraden treffen sich im Punkt . Der Graph liegt nie unter der -Achse.
Eine verschobene Betragsfunktion
Eine verschobene Betragsfunktion
Stelle die Wertetabelle von auf und gib abschnittsweise an. Wo erreicht der Graph die Höhe 3?
Du setzt jede Zahl für ein, zum Beispiel und .
| 3 | 2 | 1 | 0 | 1 | 2 | 3 |
Der Betrag ändert seine Rechnung dort, wo der Term im Betrag 0 wird, hier bei . Für ist nicht negativ, der Betrag ändert nichts. Für ist negativ, du setzt ein Minus davor und bekommst . Der Knick des V liegt bei . Die Höhe 3 erreicht der Graph bei und bei . Das sind genau die Lösungen von aus dem ersten Beispiel.
Nur eine Lösung
Nur eine Lösung
Jemand löst nur mit und gibt an.
Der Betrag ist auch 3, wenn der Term im Betrag ist. Du brauchst beide Fälle. Richtig ist .
Das Minus einfach streichen
Das Minus einfach streichen
Jemand sagt: „Es gilt , denn der Betrag macht das Minus weg.“
Der Betrag macht eine negative Zahl positiv. Ob negativ ist, hängt von ab. Für ist und , aber . Richtig ist .
Negative rechte Seite
Negative rechte Seite
Jemand löst mit oder .
Probe: und , aber verlangt ist . Ein Betrag ist nie negativ, deshalb hat die Gleichung keine Lösung.
Zusammenfassung
Der Betrag ist der Abstand von zur 0. Er ist nie negativ. Für ist , für ist .
Eine abschnittsweise definierte Vorschrift hat für verschiedene Abschnitte der Zahlengeraden verschiedene Rechnungen.
Für gilt: heißt oder . Bei ist , bei negativem gibt es keine Lösung.
Steht der Betrag nicht allein, stellst du ihn zuerst allein. Mache die Probe mit beiden Lösungen.
Die Betragsfunktion hat als Graph ein V mit der Spitze im Ursprung. Bei liegt der Knick bei .
Die Lösungen von sind die Stellen, an denen der Graph von die Höhe 3 hat.
Übungen
Berechne .
Welche Zahlen lösen die Gleichung ?
Die Gleichung hat zwei Lösungen. Wie lautet die größere?
Wie viele Lösungen hat die Gleichung ?
Welche Aussage über den Graphen von stimmt?
Schreibe abschnittsweise auf und löse .