Lineare Ungleichungen
Du hast 30 Euro. Eine Kinokarte kostet 9 Euro, jede Tüte Popcorn kostet 3 Euro. Wie viele Tüten kannst du höchstens kaufen? Mit für die Zahl der Tüten rechnest du . Für stimmt es genau: . Aber auch passt, denn ist weniger als 30.
Anders als bei einer Gleichung gibt es nicht eine Lösung, sondern viele. Du brauchst eine Schreibweise, die alle Lösungen auf einmal beschreibt, und ein sicheres Verfahren, sie zu finden. In dieser Lektion lernst du beides. Dabei gibt es eine Stelle, an der man leicht stolpert: das Rechnen mit negativen Zahlen.
Lösungsmenge und Zahlengerade
Eine Ungleichung wie kennst du aus Klasse 5-6. Ihre Lösungsmenge enthält alle Zahlen, die sie wahr machen. Hier sind es alle Zahlen kleiner als 3, also . Auch 2,9 und gehören dazu. Du kannst sie nicht einzeln aufzählen.
Auf der Zahlengeraden zeichnest du die Lösungsmenge als Strahl. Für steht bei 3 ein offener Kreis, und ein Pfeil zeigt nach links. Der offene Kreis sagt: Die 3 gehört nicht dazu. Für steht dort ein ausgefüllter Punkt, denn jetzt gehört die 3 dazu.
Intervallschreibweise
Statt einer Zeichnung schreibst du die Lösungsmenge kurz als Intervall. Das ist ein zusammenhängendes Stück der Zahlengeraden. Du nennst den Anfang und das Ende, getrennt durch ein Semikolon. Eine eckige Klammer, deren Öffnung zum Intervall zeigt, schließt die Zahl ein. Eine Klammer, deren Öffnung vom Intervall wegzeigt, lässt die Zahl draußen. Das Zeichen („unendlich“) sagt, dass es auf dieser Seite ohne Ende weitergeht. Es ist keine Zahl, deshalb steht dort immer eine Klammer, die die Zahl draußen lässt. In manchen Büchern stehen statt der nach außen geöffneten Klammern runde, zum Beispiel .
| Ungleichung | Intervall | Zahlengerade |
|---|---|---|
| offener Kreis bei 3, Pfeil nach links | ||
| ausgefüllter Punkt bei 3, Pfeil nach links | ||
| offener Kreis bei , Pfeil nach rechts | ||
| ausgefüllter Punkt bei , Pfeil nach rechts | ||
| Punkt bei , offener Kreis bei 4, dazwischen eine Linie |
Äquivalenzumformungen bei Ungleichungen
Du löst eine Ungleichung wie eine Gleichung: Du bringst allein auf eine Seite. Addieren und Subtrahieren derselben Zahl auf beiden Seiten lässt das Zeichen unverändert. Auch Multiplizieren und Teilen mit einer positiven Zahl lässt es unverändert.
Bei einer negativen Zahl dreht sich das Zeichen um. Das siehst du an einem Beispiel: Es gilt . Mit 3 multipliziert ergibt sich , das stimmt noch. Mit multipliziert ergeben sich und . Auf der Zahlengeraden liegt rechts von , also gilt . Das Zeichen musste sich drehen. Multiplizieren mit einer negativen Zahl spiegelt die Zahlen an der 0, und aus „links“ wird „rechts“. Mit 0 darfst du nicht multiplizieren oder teilen.
Eine Ungleichung lösen
Eine Ungleichung lösen
Löse und mache eine Probe.
Du addierst 5 und teilst durch 3. Beides sind positive Rechnungen, das Zeichen bleibt. Die Lösungen sind alle Zahlen kleiner als 4, also . Probe: Für ergibt sich , das stimmt. Für ergibt sich , das ist nicht kleiner als 7, die 4 gehört also nicht dazu. Für ergibt sich , das ist zu groß.
Durch eine negative Zahl teilen
Durch eine negative Zahl teilen
Löse und mache eine Probe.
Beim Teilen durch dreht sich das Zeichen. Aus wird . Die Lösungen sind alle Zahlen größer als , also . Probe: Für ergibt sich , das stimmt. Für ergibt sich , und 13 ist nicht kleiner als 11. Die Zahl liegt links von und ist keine Lösung. Ohne das Umdrehen würde die Probe nicht aufgehen.
Die Unbekannte steht auf beiden Seiten
Die Unbekannte steht auf beiden Seiten
Löse und gib die Lösungsmenge als Intervall an.
Du bringst zuerst die auf eine Seite, dann die Zahlen. Teilen durch 3 lässt das Zeichen unverändert. Weil „größer oder gleich“ heißt, gehört dazu. Die Lösungsmenge ist . Probe mit : Links , rechts . Beide Seiten sind gleich, und das ist bei erlaubt. Mit ergibt sich , das stimmt auch.
Zurück zum Kino
Zurück zum Kino
Löse . Wie viele Tüten Popcorn kannst du höchstens kaufen?
Die Lösungsmenge ist . Als reine Rechnung passen alle Zahlen bis 7, auch und 4,5. In der Sache zählst du aber Tüten. Es kommen nur die ganzen Zahlen 0 bis 7 in Frage. Du kannst höchstens 7 Tüten kaufen. Erst löst du also die Ungleichung, dann prüfst du, welche Lösungen zur Situation passen.
Das Zeichen nicht gedreht
Das Zeichen nicht gedreht
Jemand löst und schreibt .
Beim Teilen durch dreht sich das Zeichen. Richtig ist , also . Die Probe zeigt es: Für ist falsch, für ist wahr.
Das Zeichen ohne Grund gedreht
Das Zeichen ohne Grund gedreht
Jemand löst , addiert 4 und schreibt , weil dort eine negative Zahl steht.
Es kommt nur darauf an, ob du mit einer negativen Zahl malnimmst oder teilst. Eine negative Zahl in der Ungleichung ändert das Zeichen nicht, und Addieren ändert es auch nicht. Richtig ist . Probe mit : stimmt.
Falsche Klammer im Intervall
Falsche Klammer im Intervall
Jemand schreibt für das Intervall .
Die 3 gehört zur Lösungsmenge, also muss die Klammer die Zahl einschließen. Richtig ist . Bei steht dagegen immer die Klammer, die die Zahl draußen lässt.
Zusammenfassung
Die Lösungsmenge einer Ungleichung enthält alle Zahlen, die sie wahr machen. Meist sind es unendlich viele.
Auf der Zahlengeraden zeichnest du einen Strahl. Ein offener Kreis heißt: Die Zahl gehört nicht dazu. Ein ausgefüllter Punkt heißt: Sie gehört dazu.
Intervallschreibweise: ist und ist . Bei steht immer die Klammer, die die Zahl draußen lässt.
Du löst eine Ungleichung mit Äquivalenzumformungen wie eine Gleichung. Addieren und Subtrahieren ändern das Zeichen nicht.
Multiplizierst du mit einer negativen Zahl oder teilst du durch eine, dreht sich das Zeichen um.
Bei Sachaufgaben prüfst du nach dem Lösen, welche Lösungen zur Situation passen, zum Beispiel nur ganze Zahlen.
Übungen
Löse . Die Lösungsmenge hat eine größte Zahl. Welche ist es?
Welche Lösung hat die Ungleichung ?
Welches Intervall gehört zu ?
Löse . Welche ist die kleinste ganze Zahl, die eine Lösung ist?
Eine Kletterhalle verlangt 8 Euro Eintritt und 2 Euro für jede Stunde. Du hast 25 Euro. Wie viele ganze Stunden kannst du höchstens bleiben?
Erkläre an dem Beispiel , warum sich das Zeichen dreht, wenn du beide Seiten durch teilst.