Algebra / Terme & Gleichungen
Lineare Gleichungen lösen
Mit Äquivalenzumformungen jede lineare Gleichung knacken, das Waagemodell macht's klar.
Benötigte Grundlagen
Diese Themen kommen in diesem Kapitel vor und wurden vorher schon erklärt. Wenn dir eines davon unsicher vorkommt, frisch es kurz auf, sonst leg direkt los.
Einführung
„Ich denke mir eine Zahl, nehme sie mal 3, addiere 7 und erhalte 22." In Klasse 5 hast du solche Rätsel durch Probieren gelöst, jetzt bekommst du das Profi-Werkzeug: Äquivalenzumformungen. Damit löst du nicht nur dieses Rätsel, sondern jede lineare , systematisch, sicher und mit eingebauter Erfolgskontrolle.
Das kannst du nach diesem Kapitel
das Waagemodell für erklären.
Gleichungen mit Äquivalenzumformungen lösen und die Umformungen notieren.
Gleichungen mit Klammern und mit der auf beiden Seiten lösen.
Lösungen mit der Probe kontrollieren.
Sachaufgaben in Gleichungen übersetzen und lösen.
Formeln nach einer beliebigen Größe umstellen, mit denselben Äquivalenzumformungen wie beim Lösen einer Gleichung.
Das Waagemodell
Eine ist eine Waage im Gleichgewicht: Links und rechts liegt gleich viel (siehe Bild). Das Gleichgewicht bleibt erhalten, wenn du auf beiden Seiten dasselbe tust:
- auf beiden Seiten dieselbe Zahl addieren oder subtrahieren,
- beide Seiten mit derselben Zahl () multiplizieren oder durch sie dividieren.
Solche Umformungen heißen Äquivalenzumformungen, sie ändern die Lösungsmenge nicht. Notiert werden sie mit einem senkrechten Strich: .
Die als Waage im Gleichgewicht: Links liegt genau so viel wie rechts. Tust du auf beiden Seiten dasselbe (z. B. , dann ), bleibt das Gleichgewicht, so isolierst du .
Denk weiter: Warum darfst du beide Seiten einer Gleichung mit jeder Zahl multiplizieren, nur nicht mit null?
Probier es erst selbst an einem Beispiel aus, bevor du aufklappst.
Erinnere dich, was eine Äquivalenzumformung leisten muss: Die Lösungsmenge darf sich nicht ändern. Genau daran entscheidet sich, was erlaubt ist.
Nimm die denkbar einfachste :
Erlaubt, mal :
Immer noch löst nur die diese Gleichung ✓ Und du kommst jederzeit zurück, indem du durch teilst.
Nicht erlaubt, mal :
Diese Aussage ist wahr, egal was ist. Aus der Lösungsmenge sind plötzlich alle Zahlen geworden, die Information, worum es ging, ist weg.
Und du kommst nicht zurück. Um die Multiplikation rückgängig zu machen, müsstest du durch teilen, und das ist nicht definiert. Damit hast du ein gutes Erkennungsmerkmal:
Eine Äquivalenzumformung muss sich rückgängig machen lassen. und , und , zu jeder erlaubten Umformung gibt es eine Gegenumformung. Zu „mal null" gibt es keine.
Wo dir das später wieder begegnet: Ab Klasse 9 löst du Gleichungen, in denen du durch einen ganzen teilen möchtest, etwa durch . Dann musst du dir genau dieselbe Frage stellen: Könnte dieser Term null sein? Wer das übersieht, verliert Lösungen.
Die Strategie: x isolieren
Ziel ist immer Dafür räumst du Schritt für Schritt alles andere weg: in der umgekehrten Rechenreihenfolge (erst Strich-, dann Punktrechnung rückgängig machen):
Probe: ✓
Variable auf beiden Seiten
Sammle zuerst alle -Glieder auf einer Seite (subtrahiere das kleinere -Glied), dann die Zahlen auf der anderen:
Mit Klammern und Sachaufgaben
Bei Klammern erst ausmultiplizieren, dann wie gewohnt lösen:
Sachaufgaben übersetzt du in drei Schritten: (1) Unbekannte festlegen („ gedachte Zahl"), (2) den Text Stück für Stück in übersetzen, (3) lösen, Probe am Text, Antwortsatz.
Formeln umstellen, dieselbe Technik, nur mit Buchstaben
Formeln kennst du längst: für den , für die , für die Geschwindigkeit. Sie sind immer so geschrieben, dass eine Größe allein links steht, die, die man üblicherweise sucht.
Aber was, wenn du etwas anderes suchst? Ein Zaun ist lang und das Grundstück breit, wie lang ist es? Jetzt ist bekannt und gesucht. Genau dafür stellst du die Formel um.
Der entscheidende Gedanke
Eine Formel ist nichts anderes als eine . Und Gleichungen kannst du bereits lösen: mit Äquivalenzumformungen, also „auf beiden Seiten dasselbe tun", genau die Waage von weiter oben.
Der einzige Unterschied: Statt Zahlen stehen dort Buchstaben. Deshalb kannst du zwischendurch nichts ausrechnen, und am Ende steht kein Zahlenwert, sondern wieder ein . Das fühlt sich zunächst ungewohnt an, ändert aber nichts am Vorgehen:
Behandle die gesuchte Größe wie dein und schaffe alles andere auf die andere Seite.
Schritt für Schritt: nach umstellen
Gesucht ist . Das steht im . Dort kommt es nicht weg, solange es unten steht. Also holen wir es zuerst nach oben, indem wir beide Seiten mit multiplizieren:
Warum durften wir das? Weil eine Zeit nie ist und eine Geschwindigkeit hier ebenfalls nicht, und nur durch darf man nicht teilen. Diese Frage solltest du dir bei jedem Umstellen kurz stellen.
Zwei Wege führen zum Ziel: nach
Weg 1: Klammer stehen lassen. Die Klammer ist von der umgeben, also machst du zuerst die Multiplikation rückgängig:
Weg 2: zuerst ausmultiplizieren.
Sind das zwei verschiedene Ergebnisse? Nein, dieselbe Formel in zwei Schreibweisen. Zerlegst du den aus Weg 2, erhältst du , also genau Weg 1. Für Anfänger ist Weg 1 meist bequemer, weil weniger Schritte nötig sind.
Probe mit dem Zaun: , ergibt . Und zur Kontrolle rückwärts: ✓
Warum sich das lohnt
Genau so gehst du auch mit Formeln aus Physik und Chemie um, , , . Du musst dir nie mehrere Fassungen einer Formel merken: Eine Formel reicht, den Rest stellst du dir selbst um.
Grundtyp mit Dokumentation
Löse die und mache die Probe.
- 1
Was ist gesucht? Die Zahl, die für eingesetzt eine wahre Aussage ergibt.
Das Ziel jeder Gleichung lautet: allein auf einer Seite. Alles andere muss weg, und zwar durch Umformungen, die das Gleichgewicht der Waage erhalten.
- 2
Schritt 1: Den Weg planen.
Was steht dem im Weg? Zweierlei: Es wird mit multipliziert und davon subtrahiert.
Beides machst du rückgängig, und zwar in umgekehrter Rechenreihenfolge: erst die Strichrechnung, dann die Punktrechnung.
Warum umgekehrt? Weil beim Aufbauen zuerst multipliziert und dann subtrahiert wurde. Beim Abbauen gehst du denselben Weg rückwärts, wie beim Ausziehen: Jacke zuerst, dann Pullover.
- 3
Schritt 2: Die beseitigen.
Das Gegenteil von ist , und das musst du auf beiden Seiten tun, sonst kippt die Waage:
- 4
Schritt 3: Die beseitigen.
Das Gegenteil von „mal " ist „geteilt durch ", wieder auf beiden Seiten:
- 5
Schritt 4: Probe machen.
Setze in die ursprüngliche Gleichung ein, nicht in eine Zwischenzeile, sonst würdest du einen Fehler von dort mitschleppen:
- 6
Schritt 5: Das Ergebnis richtig aufschreiben.
ist die Lösungsmenge, die Sammlung aller Zahlen, die die Gleichung erfüllen. Hier ist es genau eine.
Notiere immer die Umformung am Rand (, ). So kannst du deinen Weg nachvollziehen, und Lehrkräfte sehen, dass du systematisch vorgegangen bist.
· Lösungsmenge
Variable beidseitig + Klammer
Löse:
- 1
Was ist gesucht? Wieder der Wert von , diesmal steht die aber auf beiden Seiten, und links ist zusätzlich eine Klammer.
Die Reihenfolge ist entscheidend: erst aufräumen (Klammern auflösen), dann sortieren ( auf eine Seite), dann isolieren.
- 2
Schritt 1: Aufräumen, die Klammer auflösen.
Der Faktor wird auf beide Glieder verteilt (Distributivgesetz):
Die lautet jetzt:
- 3
Schritt 2: Sortieren, alle auf eine Seite.
Ziehe auf beiden Seiten ab. Dadurch verschwindet das rechts:
Welche Seite du wählst, ist egal, nimm die, bei der vorn eine positive Zahl übrig bleibt. Das erspart dir Vorzeichenfehler.
- 4
Schritt 3: Die Zahlen auf die andere Seite.
- 5
Schritt 4: Den Faktor beseitigen.
- 6
Schritt 5: Probe, hier besonders wichtig.
Weil beide Seiten Variablen enthielten, rechnest du beide Seiten getrennt aus:
- links:
- rechts: ✓
Beide Seiten sind gleich, die Waage ist im Gleichgewicht.
Sachaufgabe als Gleichung
Lisa und Ben haben zusammen 51 Sticker. Lisa hat doppelt so viele wie Ben. Wie viele hat jeder?
- 1
Was ist gegeben, was ist gesucht?
Gegeben: die Gesamtzahl und die Beziehung „Lisa hat doppelt so viele wie Ben". Gesucht: beide Anzahlen.
Der schwierigste Teil einer Sachaufgabe ist nicht das Rechnen, sondern das Übersetzen. Nimm dir dafür Zeit.
- 2
Schritt 1: Die Unbekannte festlegen, und zwar geschickt.
Setze immer für die Größe an, von der die andere abhängt. Hier hängt Lisas Anzahl von Bens ab („doppelt so viele wie Ben"), also:
Wählst du es andersherum, bekommst du , richtig wäre es trotzdem, nur unbequemer.
- 3
Schritt 2: Die zweite Größe durch ausdrücken.
Lisa hat doppelt so viele wie Ben:
Jetzt sind beide Personen durch dieselbe Unbekannte beschrieben. Das ist der Trick.
- 4
Schritt 3: Die aufstellen.
Welche Information hast du noch nicht benutzt? Die Gesamtzahl:
- 5
Schritt 4: Lösen.
- 6
Schritt 5: Zurückübersetzen, nicht vergessen!
ist noch nicht die vollständige Antwort. Gefragt war nach beiden Anzahlen:
- Ben: Sticker
- Lisa: Sticker
- 7
Schritt 6: Probe am Text, nicht an der Gleichung.
Prüfe beide Bedingungen der Aufgabe:
- Zusammen: ✓
- Doppelt so viele: ✓
Diese Probe ist wichtiger als die an der Gleichung. Sie zeigt, ob du den Text richtig übersetzt hast. Eine falsch aufgestellte Gleichung lässt sich nämlich fehlerfrei lösen und liefert trotzdem Unsinn.
Ben hat 17 Sticker, Lisa 34.
Eine Formel umstellen
Die eines berechnet man mit . Stelle die Formel nach der Höhe um und berechne damit die Höhe eines Dreiecks mit und .
- 1
Was ist gesucht? Am Ende soll allein auf einer Seite stehen. Alles andere muss auf die andere Seite, genau wie bei einer mit .
- 2
Was steht im Weg? Es wird mit und mit multipliziert. Beides musst du rückgängig machen, also durch beides teilen. Bequemer ist es, zuerst den zu beseitigen: Multipliziere beide Seiten mit .
- 3
Nun das wegschaffen. Es steht als Faktor bei , also teilst du beide Seiten durch :
Erlaubt ist das, weil eine Grundseite niemals ist, durch dürfte man nicht teilen.
- 4
Ergebnis der Umstellung:
- 5
Werte einsetzen. Erst jetzt kommen Zahlen ins Spiel:
Die Einheit stimmt: geteilt durch ergibt , und eine Höhe muss eine Länge sein.
- 6
Probe mit der Ausgangsformel: ✓
Umgestellt lautet die Formel . Das Dreieck hat die Höhe .
Typischer Fehler
, „die 7 wandert rüber und bleibt plus."
Beim „Rüberbringen" wechselt das Vorzeichen, denn in Wahrheit subtrahierst du auf beiden Seiten: , also . Wer sich das Waagemodell vorstellt (links 7 wegnehmen → rechts auch 7 wegnehmen), macht diesen Fehler nie. Die Probe hätte ihn sofort entlarvt: .
Übung 1
leichtLöse: a) b) c)
Tipp anzeigen
Erst Strich-, dann Punktrechnung rückgängig machen.
Lösung anzeigen
a)
b)
c)
Detaillierte Schritterklärung anzeigen
Hier wird jeder Schritt einzeln erklärt, vor allem, warum er gemacht wird.
✦ Empfohlen: Standard – Die normale Erklärungstiefe passt zum Einstieg.
- 1
a) Plus rückgängig machen
: Auf beiden Seiten abziehen, .
- 2
b) Mal rückgängig machen
: Beide Seiten durch teilen, .
- 3
c) Zwei Schritte in der richtigen Reihenfolge
: Erst → , dann → .
Übung 2
mittelLöse: a) b)
Tipp anzeigen
a) Erst . b) Erst ausmultiplizieren.
Lösung anzeigen
a) : Probe: ✓
b) : Probe: und ✓
Detaillierte Schritterklärung anzeigen
Hier wird jeder Schritt einzeln erklärt, vor allem, warum er gemacht wird.
✦ Empfohlen: Standard – Die normale Erklärungstiefe passt zum Einstieg.
- 1
Die Gleichung verstehen
Eine ist wie eine Waage im Gleichgewicht: Links und rechts vom Gleichheitszeichen steht derselbe Wert, nur verschieden geschrieben. ist die noch unbekannte Zahl. Unser Ziel: allein auf eine Seite bringen. Damit die Waage im Gleichgewicht bleibt, machen wir jede Änderung immer auf beiden Seiten gleichzeitig.
- 2
Teil a): Alle x-Terme auf eine Seite bringen
kommt auf beiden Seiten vor: links, rechts. Wir ziehen auf beiden Seiten ab, und zwar den kleineren der beiden x-Terme. So bleibt links eine positive Anzahl übrig, und rechts steht gar kein mehr.
Zwischenergebnis
Nur gleichartige lassen sich zusammenfassen: . Aber ist fertig, das ist nicht .
- 3
Die Zahl ohne x auf die andere Seite bringen
Links soll nur noch der x-Term stehen. Die stört, also machen wir sie rückgängig: Wir ziehen auf beiden Seiten ab.
Zwischenergebnis
- 4
Durch die Zahl vor dem x teilen
bedeutet . Multiplizieren mit machen wir durch Teilen durch rückgängig, natürlich wieder auf beiden Seiten.
Zwischenergebnis
- 5
Probe machen
Ob wirklich stimmt, prüfen wir in der ursprünglichen Gleichung: links , rechts . Beide Seiten haben denselben Wert, die Lösung stimmt.
- 6
Teil b) mit demselben Plan lösen
Bei kommt nur ein Schritt dazu: Zuerst lösen wir die Klammer mit dem Distributivgesetz auf. Die wird mit beiden Gliedern in der Klammer multipliziert: . Ab da läuft alles wie in Teil a): x-Terme auf eine Seite, Zahlen auf die andere.
Zwischenergebnis
Häufigster Fehler beim Klammer-Auflösen: die nur mit dem ersten Glied multiplizieren ( statt ). Die gehört zu beiden Gliedern.
Übung 3
schwerDrei aufeinanderfolgende haben die Summe 114. a) Stelle eine auf und löse sie. b) Warum kann die Summe dreier aufeinanderfolgender Zahlen nie 100 sein?
Tipp anzeigen
Die Zahlen: , , .
Lösung anzeigen
a)
Die Zahlen sind 37, 38, 39. (Probe: Summe 114 ✓)
b) Die Summe ist immer , ein von 3. 100 ist nicht durch 3 (Quersumme 1), also unmöglich.
Detaillierte Schritterklärung anzeigen
Hier wird jeder Schritt einzeln erklärt, vor allem, warum er gemacht wird.
✦ Empfohlen: Standard – Die normale Erklärungstiefe passt zum Einstieg.
- 1
a) Die Zahlen mit x beschreiben
Drei AUFEINANDERFOLGENDE Zahlen: die kleinste heißt , dann folgen und . Die Summenbedingung wird zur Gleichung: .
- 2
a) Zusammenfassen und lösen
→ → . Die Zahlen: . Probe: ✓.
Zwischenergebnis
- 3
b) Die Unmöglichkeit von 100 begründen
Die Summe ist IMMER , ein Vielfaches von . ist nicht durch teilbar (Quersumme ), also unerreichbar.
Alternative Lösungswege
Übung: Formeln umstellen
mittelStelle jeweils nach der angegebenen Größe um: a) nach b) nach c) nach d) nach e) nach
Tipp anzeigen
Frage dich bei jeder Zeile: Was steht der gesuchten Größe gerade im Weg: und wie mache ich genau das rückgängig?
Lösung anzeigen
a)
b)
c)
d)
e)
Detaillierte Schritterklärung anzeigen
Hier wird jeder Schritt einzeln erklärt, vor allem, warum er gemacht wird.
✦ Empfohlen: Standard – Die normale Erklärungstiefe passt zum Einstieg.
- 1
Das Prinzip: Formeln sind Gleichungen
Umstellen heißt: die gesuchte Größe freistellen, mit denselben Äquivalenzumformungen wie beim Gleichungslösen. Frage je Formel: Was „stört" bei der gesuchten Größe, und wie kommt es weg?
- 2
d) Zweischritter mit Klammer
: erst → , dann → .
- 3
e) Bruch und Klammer kombiniert
: erst → , dann → .
Zusammenfassung
sind Waagen: Äquivalenzumformungen halten das Gleichgewicht, während du Schritt für Schritt isolierst, erst Strichglieder, dann Faktoren wegräumen, bei Klammern vorher ausmultiplizieren, bei auf beiden Seiten zuerst sammeln. Die Probe macht jede Lösung wasserdicht, und Sachaufgaben werden durch saubere Übersetzung zu Routineaufgaben.


