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Lineare Funktionen einfach erklärt: Steigung, Aufgaben und PDF

So rechnest du mit linearen Funktionen: Steigung berechnen, Gerade zeichnen, Gleichung mit 2 Punkten aufstellen. Mit 18 Aufgaben, Lösungen und PDF.

Lerntwin-Redaktion
22 Min.
Lineare Funktionen einfach erklärt: Steigung, Aufgaben und PDFKI-generiert

Samstag, ihr wollt Fahrräder leihen. Verleih A nimmt 5 € Grundgebühr und 2 € pro Stunde. Verleih B nimmt 3 € pro Stunde, ganz ohne Grundgebühr. Welcher ist günstiger? Die Antwort hängt davon ab, wie lange ihr fahrt. Mit linearen Funktionen rechnest du das in wenigen Minuten aus. Die Auflösung steht weiter unten. Hier lernst du, was die Formel f(x) = m · x + b bedeutet, wie du die Steigung berechnest und eine Gerade zeichnest. Du stellst Funktionsgleichungen auf, auch mit zwei Punkten, und findest Nullstellen und Schnittpunkte. Dazu gibt es 18 Aufgaben mit Lösungen und ein Arbeitsblatt als PDF.

Lineare Funktionen einfach erklärt: Was ist das?

Eine Funktion ist eine Zuordnung. Sie ordnet jedem x-Wert genau einen y-Wert zu. Den x-Wert setzt du ein, den y-Wert bekommst du heraus. Statt y schreibt man oft f(x). Das liest du „f von x“. Es heißt: der Funktionswert an der Stelle x.

Eine lineare Funktion ist eine besondere Funktion. Bei ihr ändert sich der y-Wert immer gleich stark, wenn x um 1 wächst. Ihre Funktionsgleichung hat immer dieselbe Form:

Die Formel der linearen Funktion

f(x) = m · x + b, kurz auch y = m · x + b

  • x ist die Variable, also der Wert, den du einsetzt.
  • m ist die Steigung. Sie sagt, wie steil die Gerade ist.
  • b ist der y-Achsenabschnitt. Das ist der y-Wert bei x = 0.

In Bayern heißt der y-Achsenabschnitt oft t. Dort steht im Lehrplan y = m · x + t. Gemeint ist dasselbe.

Man nennt x die unabhängige Variable und y die abhängige Variable, denn y hängt von x ab. Ein Beispiel: f(x) = 2x + 1. Hier ist m = 2 und b = 1. Setzt du x = 3 ein, rechnest du f(3) = 2 · 3 + 1 = 7. Zum x-Wert 3 gehört also der y-Wert 7. Das ergibt den Punkt (3|⁠7).

Warum „linear“? Zeichnest du alle Punkte einer linearen Funktion in ein Koordinatensystem, liegen sie auf einer Geraden. Der Name kommt vom lateinischen Wort „linea“, auf Deutsch „Linie“. Lineare Funktionen gehören zu den wichtigsten Funktionen in der Mathematik. Mit ihnen beschreibst du alles, was gleichmäßig wächst oder abnimmt.

Eine senkrechte Gerade, etwa durch alle Punkte mit x = 3, ist übrigens keine Funktion. Zum x-Wert 3 gehören dort unendlich viele y-Werte. Bei einer Funktion gehört zu jedem x-Wert genau ein y-Wert.

Wertetabelle und Graph

Mit einer Wertetabelle findest du Punkte der Geraden. Du wählst ein paar x-Werte, setzt sie ein und rechnest die y-Werte aus. Hier für f(x) = 2x − 1:

xf(x) = 2x − 1
−12 · (−1) − 1 = −3
02 · 0 − 1 = −1
12 · 1 − 1 = 1
22 · 2 − 1 = 3
32 · 3 − 1 = 5

Die Punkte heißen also (−1|⁠−3), (0|⁠−1), (1|⁠1), (2|⁠3) und (3|⁠5). Trägst du sie ins Koordinatensystem ein, liegen sie genau auf einer Linie. Verbindest du sie mit dem Lineal, erhältst du den Funktionsgraphen, kurz den Graphen.

Schau dir die y-Werte an: −3, −1, 1, 3, 5. Jeder ist um 2 größer als der vorige. Diese 2 ist genau die Steigung m. So erkennst du eine lineare Funktion in jeder Tabelle: Wächst x in gleichen Schritten, ändert sich y immer um denselben Betrag. Bei einer fallenden Geraden wird y jedes Mal um denselben Betrag kleiner.

Koordinatensystem mit dem Graphen von f(x) = 2x − 1. Die fünf Punkte aus der Tabelle (−1|⁠−3), (0|⁠−1), (1|⁠1), (2|⁠3) und (3|⁠5) liegen auf einer Geraden. Zwischen zwei Punkten geht es 1 nach rechts und 2 nach oben.
Alle Punkte aus der Tabelle liegen auf einer Geraden. Pro Schritt nach rechts geht es 2 nach oben.

Steigung m und y-Achsen­abschnitt b

Die beiden Werte m und b legen die Gerade ganz genau fest. Du kannst sie direkt aus der Funktionsgleichung ablesen.

Der y-Achsenabschnitt b ist der Funktionswert bei x = 0. Denn f(0) = m · 0 + b = b. Die Gerade schneidet die y-Achse also im Punkt (0|⁠b). Bei f(x) = 0,5x + 2 ist das der Punkt (0|⁠2).

Die Steigung m sagt dir, wie sich der y-Wert ändert. Gehst du auf der Geraden 1 nach rechts, geht es um m nach oben. Hat m ein Minus, geht es nach unten. Bei f(x) = 0,5x + 2 geht es pro Schritt nach rechts um 0,5 nach oben. Zwei Schritte nach rechts bringen dich 1 nach oben.

Graph von f(x) = 0,5x + 2. Der Punkt (0|⁠2) ist als y-Achsenabschnitt b markiert. Von dort führt ein Steigungsdreieck 2 nach rechts und 1 nach oben zum Punkt (2|⁠3).
b zeigt, wo die Gerade die y-Achse schneidet. m zeigt, wie steil sie ist.

Am Vorzeichen von m siehst du sofort, wie der Funktionsgraph verläuft:

SteigungSo verläuft die Gerade
m > 0steigt von links nach rechts
m < 0fällt von links nach rechts
m = 0waagerecht, f(x) = b
m groß, etwa 5sehr steil
m nahe 0, etwa 0,1sehr flach

Je weiter m von 0 entfernt ist, desto steiler ist die Gerade. Das gilt auch, wenn m ein Minus hat. Die Gerade mit m = −3 fällt steiler als die mit m = −1. Mathematiker sagen: Der Betrag von m ist größer. Der Betrag ist die Zahl ohne Vorzeichen.

Drei Geraden in einem Koordinatensystem: f(x) = x + 1 steigt, g(x) = −0,5x + 3 fällt, h(x) = −2 verläuft waagerecht. Bei g ist ein Steigungsdreieck eingezeichnet: 2 nach rechts, 1 nach unten.
Steigung größer als 0: steigt. Kleiner als 0: fällt. Gleich 0: waagerecht.

Steigung berechnen mit dem Steigungs­dreieck

Oft kennst du nicht die Gleichung, sondern nur zwei Punkte der Geraden. Dann musst du die Steigung selbst bestimmen. Dabei hilft das Steigungsdreieck. Das ist ein rechtwinkliges Dreieck zwischen zwei Punkten der Geraden. Eine Seite verläuft waagerecht, eine senkrecht.

  • Die waagerechte Seite ist der Unterschied der x-Werte: x₂ − x₁.
  • Die senkrechte Seite ist der Unterschied der y-Werte: y₂ − y₁.

Die Steigung ist die senkrechte Seite geteilt durch die waagerechte. Also: wie viel nach oben pro Schritt nach rechts.

Formel für die Steigung

m = (y₂ − y₁) : (x₂ − x₁)

Die Punkte heißen P₁(x₁|⁠y₁) und P₂(x₂|⁠y₂). Oft schreibt man die Formel als Bruch: oben y₂ − y₁, unten x₂ − x₁. Merksatz: y oben, x unten. Und: Rechne oben und unten in derselben Reihenfolge, also beide Male „zweiter Punkt minus erster Punkt“.

Beispiel mit positiver Steigung: Die Gerade geht durch P(1|⁠3) und Q(4|⁠9).

m = (9 − 3) : (4 − 1) = 6 : 3 = 2

Von P nach Q geht es 3 nach rechts und 6 nach oben. Pro Schritt nach rechts sind das 2 nach oben. Die Gerade steigt.

Gerade durch die Punkte P(1|⁠3) und Q(4|⁠9). Dazwischen ein Steigungsdreieck: waagerecht x₂ − x₁ = 3, senkrecht y₂ − y₁ = 6. Daneben die Rechnung m = 6 : 3 = 2.
Das Steigungsdreieck zwischen P und Q: 3 nach rechts, 6 nach oben, also m = 2.

Beispiel mit negativer Steigung: Die Gerade geht durch P(−1|⁠5) und Q(3|⁠−3).

m = (−3 − 5) : (3 − (−1)) = −8 : 4 = −2

Achte auf die Klammer bei 3 − (−1). Minus minus ergibt plus, also 3 + 1 = 4. Wie das mit den Vorzeichen genau geht, zeigt dir Rationale Zahlen. Das Ergebnis hat ein Minus: Die Gerade fällt.

Beispiel mit Steigung null: Die Gerade geht durch P(−2|⁠4) und Q(3|⁠4). Oben steht 4 − 4 = 0. Die Steigung ist 0, die Gerade verläuft waagerecht.

Beispiel mit einem Bruch: Die Gerade geht durch P(0|⁠1) und Q(3|⁠3).

m = (3 − 1) : (3 − 0) = 2/3 ≈ 0,67

Die Steigung 2/3 ist ein Bruch. Er lässt sich nicht kürzen. Als Dezimalzahl hört er nie auf, die 6 wiederholt sich endlos: 0,666… Mit 0,67 rechnest du nur gerundet. Rechne deshalb besser mit dem Bruch weiter. Der Bruch verrät dir sogar das Steigungsdreieck: Der Nenner sagt, wie weit nach rechts. Der Zähler sagt, wie weit nach oben. Bei 2/3 gehst du also 3 nach rechts und 2 nach oben. Wie du Brüche kürzt, zeigt Bruchrechnen einfach erklärt. Bei 6 : 4 kürzt du zum Beispiel auf 3/2. Das ist dasselbe wie 1,5.

Steigung in Prozent

Auf Straßenschildern steht die Steigung in Prozent. „12 % Steigung“ heißt: Auf 100 m waagerechter Strecke geht es 12 m nach oben. Als Steigung ist das m = 12 : 100 = 0,12. Umgekehrt machst du aus der Steigung Prozent, indem du mit 100 malnimmst: 0,12 · 100 = 12, also 12 %.

Vorsicht: 100 % Steigung heißt nicht senkrecht. Es heißt m = 1, also 1 m hoch auf 1 m waagerechter Strecke. Das ist ein Winkel von 45 Grad.

Lineare Funktion zeichnen

Du kannst eine Gerade mit einer Wertetabelle zeichnen. Schneller geht es mit b und dem Steigungsdreieck. Dafür brauchst du keine Wertetabelle. So zeichnest du f(x) = 3/4 · x − 2:

  1. 1

    b markieren

    Lies b ab, hier b = −2. Markiere den Punkt (0|⁠−2).
  2. 2

    Steigungsdreieck anlegen

    Die Steigung ist 3/4. Gehe vom Punkt aus 4 Einheiten nach rechts und 3 nach oben. Dort liegt der Punkt (4|⁠1). Ist im Heft 1 Einheit 2 Kästchen lang, sind das 8 Kästchen nach rechts und 6 nach oben.
  3. 3

    Noch einmal

    Lege das Dreieck ein zweites Mal an. So kommst du zu (8|⁠4). Drei Punkte machen die Zeichnung genauer.
  4. 4

    Gerade ziehen

    Verbinde die Punkte mit dem Lineal. Verlängere die Gerade über die Punkte hinaus bis zum Rand.
  5. 5

    Probe

    Setze einen Punkt ein: 3/4 · 4 − 2 = 1. Stimmt.
Graph von f(x) = 3/4 · x − 2. Start im Punkt (0|⁠−2), zweimal ein Steigungsdreieck mit 4 nach rechts und 3 nach oben bis zu den Punkten (4|⁠1) und (8|⁠4), durch alle drei Punkte führt die Gerade.
Erst b markieren, dann das Steigungsdreieck anlegen: 4 nach rechts, 3 nach oben.

Ist die Steigung kleiner als 0, gehst du nach unten. Für g(x) = −2x + 3 startest du bei (0|⁠3). Dann gehst du 1 nach rechts und 2 nach unten. So landest du bei (1|⁠1).

Ist die Steigung eine ganze Zahl wie 2, schreibst du sie als Bruch 2/1. Dann gehst du 1 nach rechts und 2 nach oben. Ist sie eine Dezimalzahl wie 0,5, schreibst du sie als 1/2. Dann gehst du 2 nach rechts und 1 nach oben.

Funktions­gleichung aufstellen

Oft ist es umgekehrt: Du kennst den Graphen oder ein paar Punkte und sollst die Gleichung bestimmen. Dafür brauchst du immer m und b in der Form y = m · x + b. Es gibt drei typische Fälle.

Aus dem Graphen ablesen

Nimm die fallende Gerade g aus dem Bild mit den drei Geraden oben.

  • b ablesen: Die Gerade schneidet die y-Achse bei 3. Also ist b = 3.
  • m ablesen: Lege ein Steigungsdreieck an. Von (0|⁠3) gehst du 2 nach rechts. Dann musst du 1 nach unten, um wieder auf die Gerade zu kommen. Also ist m = −1/2 = −0,5.

Die Funktionsgleichung lautet g(x) = −0,5x + 3. Tipp: Wähle für das Dreieck Punkte, die genau auf einer Gitterkreuzung liegen. Dann liest du sicherer ab.

Funktionsgleichung aufstellen mit Punkt und Steigung

Du kennst die Steigung m = 3 und den Punkt P(2|⁠5). Du musst nur noch b bestimmen. Setze alles, was du kennst, in y = m · x + b ein. Für x und y nimmst du die Koordinaten des Punktes.

5 = 3 · 2 + b

5 = 6 + b

Jetzt rechnest du auf beiden Seiten minus 6. Dann steht da b = −1. Die Gleichung lautet f(x) = 3x − 1. Probe mit P: 3 · 2 − 1 = 5. Stimmt.

Lineare Funktion aufstellen mit 2 Punkten

Das ist die häufigste Aufgabe. Du kennst zwei Punkte, zum Beispiel A(2|⁠1) und B(6|⁠7). So stellst du die Gleichung Schritt für Schritt auf:

  1. 1

    Steigung berechnen

    m = (7 − 1) : (6 − 2) = 6 : 4 = 3/2 = 1,5
  2. 2

    Einen Punkt einsetzen

    Nimm A(2|⁠1) und setze ihn mit m in y = m · x + b ein: 1 = 1,5 · 2 + b. Das ergibt 1 = 3 + b.
  3. 3

    Nach b auflösen

    Rechne auf beiden Seiten minus 3. Dann ist b = −2.
  4. 4

    Gleichung aufschreiben

    f(x) = 1,5x − 2
  5. 5

    Probe mit dem zweiten Punkt

    Setze B(6|⁠7) ein: 1,5 · 6 − 2 = 7. Stimmt. Die Gleichung ist richtig.

Die Probe mit dem zweiten Punkt lohnt sich immer. Hast du dich bei m oder b verrechnet, merkst du es hier sofort.

Nullstelle einer linearen Funktion berechnen

Die Nullstelle ist der x-Wert, an dem die Gerade die x-Achse schneidet. Dort ist der y-Wert null. Um sie zu bestimmen, setzt du f(x) = 0 und löst die Gleichung nach x auf.

Beispiel: f(x) = 2x − 6

2x − 6 = 0

Rechne auf beiden Seiten plus 6: 2x = 6. Teile durch 2: x = 3. Die Nullstelle ist x = 3. Der Schnittpunkt mit der x-Achse heißt N(3|⁠0).

Beispiel mit fallender Geraden: g(x) = −0,5x + 3

−0,5x + 3 = 0

Minus 3 ergibt −0,5x = −3. Teile durch −0,5: x = 6. Die Gerade schneidet die x-Achse in N(6|⁠0). Das passt zum Bild mit den drei Geraden.

Hat jede lineare Funktion eine Nullstelle?

Nein. Es kommt auf m an:

  • m ≠ 0: genau eine Nullstelle. Das Zeichen ≠ heißt „ungleich“.
  • m = 0 und b ≠ 0: keine Nullstelle. Die Gerade f(x) = 4 verläuft waagerecht über der x-Achse und trifft sie nie.
  • m = 0 und b = 0: Die Gerade ist die x-Achse selbst. Jeder x-Wert ist eine Nullstelle.

Punktprobe: Liegt der Punkt auf der Geraden?

Mit der Punktprobe prüfst du, ob ein Punkt auf einer Geraden liegt. Setze den x-Wert des Punktes in die Funktion ein. Kommt der y-Wert des Punktes heraus, liegt er auf der Geraden.

Beispiel: f(x) = 2x + 1

  • Liegt P(3|⁠7) auf der Geraden? f(3) = 2 · 3 + 1 = 7. Das ist der y-Wert von P. Ja, P liegt auf der Geraden.
  • Liegt Q(−2|⁠−4) auf der Geraden? f(−2) = 2 · (−2) + 1 = −3. Der y-Wert von Q ist aber −4. Nein, Q liegt nicht auf der Geraden. Q liegt 1 unter ihr.

Schnittpunkt zweier Geraden berechnen

Im Schnittpunkt treffen sich zwei Funktionsgraphen. Dort haben beide denselben x-Wert und denselben y-Wert. Die Variablen x und y sind also für beide gleich. Deshalb setzt du die beiden Funktionsterme gleich, also die rechten Seiten der beiden Gleichungen. Das heißt Gleichsetzen.

Beispiel: f(x) = 2x − 1 und g(x) = −x + 5

  1. 1

    Gleichsetzen

    2x − 1 = −x + 5
  2. 2

    x auf eine Seite bringen

    Rechne auf beiden Seiten plus x: 3x − 1 = 5
  3. 3

    Nach x auflösen

    Plus 1 ergibt 3x = 6. Geteilt durch 3 ergibt x = 2.
  4. 4

    y-Wert berechnen

    Setze x = 2 in eine der Funktionen ein: f(2) = 2 · 2 − 1 = 3.
  5. 5

    Probe und Ergebnis

    Probe mit der anderen Funktion: g(2) = −2 + 5 = 3. Beide ergeben 3. Der Schnittpunkt ist S(2|⁠3).
Die Geraden f(x) = 2x − 1 und g(x) = −x + 5 im Koordinatensystem. Sie schneiden sich im Punkt S(2|⁠3). Darunter die Rechnung: gleichsetzen 2x − 1 = −x + 5, also x = 2 und y = 3.
Gleichsetzen liefert x = 2. Der y-Wert ist 3, der Schnittpunkt also S(2|⁠3).

Vergiss den y-Wert nicht. Ein Schnittpunkt hat immer zwei Koordinaten. x = 2 allein ist nur die halbe Antwort.

Sonderfall gleiche Steigung: f(x) = 2x + 1 und p(x) = 2x − 3. Gleichsetzen ergibt 2x + 1 = 2x − 3. Rechnest du minus 2x, bleibt 1 = −3 stehen. Das ist falsch. Die Gleichung hat keine Lösung. Die Geraden sind parallel und schneiden sich nie. Haben zwei Geraden dieselbe Steigung und denselben y-Achsenabschnitt, sind sie gleich. Dann liegen sie aufeinander.

Auch die Schnittpunkte einer Geraden mit den Achsen kennst du jetzt: Sie schneidet die y-Achse im Punkt (0|⁠b) und die x-Achse in der Nullstelle, falls es eine gibt.

Parallele und senkrechte Geraden

Parallele Geraden haben dieselbe Steigung. Sie unterscheiden sich nur in b. f(x) = 2x + 1 und p(x) = 2x − 3 sind parallel. p liegt einfach 4 Einheiten tiefer.

Zwei Geraden, die senkrecht aufeinander stehen, schneiden sich im rechten Winkel, also mit 90 Grad. Man sagt auch: Sie sind orthogonal. Für ihre Steigungen m₁ und m₂ gilt:

m₁ · m₂ = −1

Für jede Gerade, die senkrecht auf f(x) = 2x + 1 steht, gilt also 2 · m₂ = −1. Daraus folgt m₂ = −1/2 = −0,5. Probe: 2 · (−0,5) = −1. Eine dieser Geraden ist s(x) = −0,5x + 1. Kurz gesagt: Kehrwert bilden und das Vorzeichen umdrehen. Aus 3/4 wird so −4/3. Für waagerechte Geraden klappt die Regel nicht: Die Senkrechte dazu wäre eine Gerade wie x = 3, und die ist keine Funktion.

Drei Geraden: f(x) = 2x + 1 und p(x) = 2x − 3 verlaufen parallel. Die Gerade s(x) = −0,5x + 1 schneidet f im rechten Winkel, markiert mit einem Winkelzeichen.
Gleiche Steigung: parallel. Steigungen mit dem Produkt −1: senkrecht.

Proportionale Funktion: der Sonderfall b = 0

Ist b = 0 und m ≠ 0, wird aus der Form f(x) = m · x + b einfach f(x) = m · x. Die Gerade geht dann durch den Ursprung (0|⁠0). Man nennt sie Ursprungsgerade. Eine solche Funktion heißt proportional.

Ein Beispiel: 1 kg Äpfel kostet 3 €. Dann kosten x Kilogramm f(x) = 3x Euro. Für 2,5 kg bezahlst du 3 · 2,5 = 7,5, also 7,50 €. Doppelt so viele Äpfel kosten doppelt so viel. Das ist typisch für proportionale Zuordnungen. Solche Aufgaben kannst du auch mit dem Dreisatz lösen.

Bei b ≠ 0 klappt das nicht mehr. Beim Fahrradverleih A kosten 2 Stunden 2 · 2 + 5 = 9 €. 4 Stunden kosten 2 · 4 + 5 = 13 €. Das ist nicht das Doppelte, weil die Grundgebühr nur einmal anfällt. Jede proportionale Funktion ist also linear. Aber nicht jede lineare Funktion ist proportional.

Lineares und exponentielles Wachstum

Bei linearem Wachstum kommt in jedem Schritt gleich viel dazu. Bei exponentiellem Wachstum nimmst du in jedem Schritt mit derselben Zahl mal. Ein Vergleich:

  • Linear: 10, 12, 14, 16, 18. Immer plus 2.
  • Exponentiell: 10, 20, 40, 80, 160. Immer mal 2.

So prüfst du eine Tabelle mit gleich großen x-Schritten. Sind die Differenzen gleich, also „rechts minus links“, ist sie linear. Sind die Quotienten gleich, also „rechts geteilt durch links“, ist sie exponentiell. Am Anfang liegen beide oft nah beieinander. Danach zieht das exponentielle Wachstum davon. Mehr dazu findest du unter Exponentialfunktion einfach erklärt.

Lineare Funktionen im Alltag: Textaufgaben

In Textaufgaben musst du die Funktion erst selbst aufstellen. Das geht fast immer gleich:

  • b ist der Startwert, also das, was bei x = 0 schon da ist. Das kann eine Grundgebühr sein oder eine Höhe am Anfang.
  • m ist die Änderung pro Einheit, zum Beispiel Euro pro Stunde oder Zentimeter pro Stunde. Nimmt etwas ab, ist m negativ.

Schreib dir immer dazu, wofür x steht und in welcher Einheit.

Fahrradverleih: Welcher ist günstiger?

Zurück zum Anfang. x steht für die Stunden, der Preis steht in Euro.

  • Verleih A: f(x) = 2x + 5
  • Verleih B: g(x) = 3x

Für 4 Stunden bezahlst du bei A f(4) = 2 · 4 + 5 = 13 €. Bei B bezahlst du g(4) = 3 · 4 = 12 €. B ist hier günstiger.

Wann kosten beide gleich viel? Das ist der Schnittpunkt. Gleichsetzen: 2x + 5 = 3x. Minus 2x ergibt 5 = x. Bei 5 Stunden kosten beide f(5) = 2 · 5 + 5 = 15 €. Für 6 Stunden bezahlst du bei A f(6) = 2 · 6 + 5 = 17 € und bei B g(6) = 3 · 6 = 18 €.

Die Antwort: Unter 5 Stunden ist Verleih B günstiger. Bei genau 5 Stunden kosten beide 15 €. Wer länger fährt, nimmt besser Verleih A.

Kerze brennt ab

Eine neue Kerze ist 20 cm hoch. Jede Stunde brennt sie 2 cm ab. Ihre Höhe nach x Stunden ist dann h(x) = −2x + 20. Die Steigung ist kleiner als null, denn die Kerze wird kürzer.

Nach 3 Stunden ist sie noch h(3) = −2 · 3 + 20 = 14 cm hoch. Wann ist sie ganz abgebrannt? Dann ist die Höhe null. Das ist die Nullstelle: −2x + 20 = 0. Minus 20 ergibt −2x = −20, also x = 10. Nach 10 Stunden ist die Kerze abgebrannt. Die Funktion passt also nur für x von 0 bis 10. Danach gibt es keine Kerze mehr, negative Höhen ergeben keinen Sinn.

Trickfilm-Szene: Ein Junge sitzt mit verschränkten Armen am Tisch und schaut auf zwei weiße Kerzen auf einem Teller. Die brennende Kerze ist schon halb so hoch wie die unbenutzte daneben. Der kleine Fuchs im lila Pulli sitzt daneben und staunt.KI-generiert
Eine Kerze brennt gleichmäßig ab: Ihre Höhe nimmt jede Stunde um denselben Betrag ab.

Handytarif, Taxi und Planschbecken

Die Werte in diesen Beispielen sind ausgedacht.

Handytarif: Ein Tarif kostet 8 € im Monat. Jedes Gigabyte extra kostet 2 €. Mit x Gigabyte extra bezahlst du f(x) = 2x + 8. Für 3 Gigabyte extra sind das 2 · 3 + 8 = 14 €.

Taxi: Eine Fahrt kostet 4 € Grundpreis und 2,50 € pro Kilometer. Für x Kilometer bezahlst du f(x) = 2,5x + 4. Eine Fahrt über 6 km kostet 2,5 · 6 + 4 = 19 €. Wie weit kommst du mit 29 €? Aus 2,5x + 4 = 29 wird 2,5x = 25 und x = 10. Du kommst 10 km weit.

Planschbecken: Im Becken sind schon 50 Liter Wasser. Der Gartenschlauch füllt pro Minute 20 Liter nach. Nach x Minuten sind f(x) = 20x + 50 Liter drin. Wann sind es 450 Liter? Aus 20x + 50 = 450 wird 20x = 400 und x = 20. Nach 20 Minuten.

Typische Fehler bei linearen Funktionen

FehlerSo machst du es richtig
m und b verwechseltm steht vor dem x, b steht allein. Bei f(x) = 4 + 3x ist m = 3.
Zahlen im Steigungsdreieck vertauschtDer Nenner sagt, wie weit nach rechts. Der Zähler sagt, wie weit nach oben oder unten. Bei 2/3: 3 nach rechts, 2 nach oben.
Vorzeichen vergessenFällt die Gerade, hat m ein Minus. Dann gehst du nach unten.
x und y im Bruch vertauschtDie y-Differenz steht oben, die x-Differenz unten.
Punkte gemischtOben und unten dieselbe Reihenfolge, beide Male zweiter minus erster Punkt.
Minus vor KlammerBei 3 − (−1) wird aus minus minus plus: 3 + 1 = 4.
Nur x berechnetEin Schnittpunkt braucht auch y. Setze x ein und schreib S(x|⁠y).
b an der x-Achse abgelesenb liest du an der y-Achse ab, dort wo x = 0 ist.

In welcher Klasse lernt man lineare Funktionen?

Wann das Thema drankommt, regelt jedes Bundesland selbst. Zwei Beispiele aus den Lehrplänen:

  • Bayern, Gymnasium: In Klasse 8 gibt es einen eigenen Lernbereich „Lineare Funktionen“. Er umfasst etwa 16 Stunden. Dazu gehören die Bedeutung von m und t, Graphen zeichnen, Geradengleichungen aufstellen, Nullstellen und der Schnittpunkt zweier Geraden.
  • Nordrhein-Westfalen, Gymnasium: Der Kernlehrplan führt lineare Funktionen in der ersten Stufe nach der Erprobungsstufe, also nach Klasse 6. Genannt werden Funktionsterm, Graph, Tabelle, Achsenabschnitte, Steigung und Steigungsdreieck.

Auch die bundesweiten Bildungsstandards verlangen lineare Funktionen, für den Ersten und den Mittleren Schulabschluss. Du sollst sie in Sachsituationen anwenden und die Steigung im Sachzusammenhang deuten können.

Danach geht es weiter mit quadratischen Funktionen. Ihr Graph ist keine Gerade mehr, sondern eine Parabel. Ihre Nullstellen berechnest du mit der pq-Formel.

Lineare Funktionen: Aufgaben mit Lösungen

Nimm Papier, Stift und Lineal. Zeichne, wo es hilft, eine kleine Skizze. Die Aufgaben 1 bis 6 üben die Grundlagen. In 7 bis 14 geht es um Brüche, Zeichnen, Punktprobe, Nullstellen und Gleichungen. 15 bis 18 sind zum Knobeln: Schnittpunkte und Textaufgaben. Die Lösungen stehen darunter. Zum Ausdrucken gibt es alles als Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF).

  1. Lies die Steigung m und den y-Achsenabschnitt b ab: a) f(x) = 3x + 2; b) f(x) = −x + 4; c) f(x) = 0,5x; d) f(x) = −7
  2. Gegeben ist f(x) = 3x − 5. Berechne f(4) und f(−1).
  3. Lege für f(x) = −2x + 3 eine Wertetabelle an, für x von −1 bis 3.
  4. Steigt oder fällt die Gerade? Wo schneidet sie die y-Achse? a) f(x) = −4x + 1; b) f(x) = 0,2x − 3
  5. Berechne die Steigung der Geraden durch A(1|⁠2) und B(5|⁠10).
  6. Berechne die Steigung der Geraden durch P(−2|⁠7) und Q(2|⁠−1).
  7. Berechne die Steigung der Geraden durch C(0|⁠−1) und D(6|⁠3). Gib sie als Bruch und als Dezimalzahl an, auf zwei Stellen nach dem Komma gerundet.
  8. Zeichne f(x) = −1/3 · x + 2 ohne Wertetabelle in ein Koordinatensystem, für x von −1 bis 7. Beschreibe deine Schritte.
  9. Liegt der Punkt P(4|⁠9) auf der Geraden f(x) = 2,5x − 1? Und Q(−2|⁠−7)?
  10. Berechne die Nullstelle von f(x) = 4x − 10.
  11. Berechne die Nullstellen von g(x) = −3x + 9 und h(x) = 2.
  12. Eine Gerade hat die Steigung m = −2 und geht durch P(3|⁠1). Stelle ihre Gleichung auf.
  13. Stelle die Gleichung der Geraden durch A(1|⁠4) und B(3|⁠10) auf.
  14. Stelle die Gleichung der Geraden durch C(−2|⁠5) und D(4|⁠2) auf.
  15. Berechne den Schnittpunkt von f(x) = 3x − 4 und g(x) = −x + 8.
  16. a) Schneiden sich f(x) = 0,5x + 1 und g(x) = 0,5x − 2? b) Welche Steigung hat eine Gerade, die senkrecht auf f steht?
  17. Ein Wassertank enthält 800 Liter. Jede Minute fließen 25 Liter ab. a) Stelle die Funktion auf (x in Minuten). b) Wie viel Wasser ist nach 12 Minuten noch drin? c) Wann ist der Tank leer?
  18. Kletterhalle A verlangt 12 € pro Besuch. Kletterhalle B verlangt 30 € im Monat und 6 € pro Besuch. Ab wie vielen Besuchen im Monat ist B günstiger?

Lösungen mit Rechenweg

  1. a) m = 3, b = 2; b) m = −1, b = 4 (−x heißt −1 · x); c) m = 0,5, b = 0; d) m = 0, b = −7 (waagerechte Gerade)
  2. f(4) = 3 · 4 − 5 = 7. f(−1) = 3 · (−1) − 5 = −8.
  3. f(−1) = −2 · (−1) + 3 = 5, f(0) = 3, f(1) = 1, f(2) = −1, f(3) = −3. Die Werte: 5, 3, 1, −1, −3. Jeder Schritt nach rechts macht den y-Wert um 2 kleiner, das ist m = −2.
  4. a) m = −4 ist kleiner als 0, die Gerade fällt. Schnittpunkt mit der y-Achse: (0|⁠1). b) m = 0,2 ist größer als 0, die Gerade steigt. Schnittpunkt: (0|⁠−3).
  5. m = (10 − 2) : (5 − 1) = 8 : 4 = 2
  6. m = (−1 − 7) : (2 − (−2)) = −8 : 4 = −2. Die Gerade fällt.
  7. m = (3 − (−1)) : (6 − 0) = 4 : 6 = 2/3 ≈ 0,67 (gerundet, genau ist es 0,666… mit endlos vielen Sechsen). Als Steigungsdreieck: 3 nach rechts, 2 nach oben.
  8. Markiere b = 2, also den Punkt (0|⁠2). Die Steigung −1/3 heißt: 3 nach rechts, 1 nach unten. So kommst du zum Punkt (3|⁠1). Noch einmal 3 nach rechts und 1 nach unten führt zu (6|⁠0). Verbinde die Punkte mit dem Lineal und verlängere die Gerade. Probe: −1/3 · 3 + 2 = 1.
  9. f(4) = 2,5 · 4 − 1 = 9. P liegt auf der Geraden. f(−2) = 2,5 · (−2) − 1 = −6. Das ist nicht −7, also liegt Q nicht auf der Geraden.
  10. 4x − 10 = 0. Plus 10: 4x = 10. Geteilt durch 4: x = 2,5. Die Gerade schneidet die x-Achse in N(2,5|⁠0).
  11. g: −3x + 9 = 0, also −3x = −9 und x = 3. h: Die Gerade verläuft waagerecht auf der Höhe 2. Sie trifft die x-Achse nie, h hat keine Nullstelle.
  12. Einsetzen in y = m · x + b: 1 = −2 · 3 + b, also 1 = −6 + b und b = 7. f(x) = −2x + 7. Probe: −2 · 3 + 7 = 1.
  13. m = (10 − 4) : (3 − 1) = 6 : 2 = 3. Punkt A einsetzen: 4 = 3 · 1 + b, also b = 1. f(x) = 3x + 1. Probe mit B: 3 · 3 + 1 = 10.
  14. m = (2 − 5) : (4 − (−2)) = −3 : 6 = −1/2 = −0,5. Punkt C einsetzen: 5 = −0,5 · (−2) + b, also 5 = 1 + b und b = 4. f(x) = −0,5x + 4. Probe mit D: −0,5 · 4 + 4 = 2.
  15. Gleichsetzen: 3x − 4 = −x + 8. Plus x: 4x − 4 = 8. Plus 4: 4x = 12, also x = 3. y-Wert: f(3) = 3 · 3 − 4 = 5. Probe: g(3) = −3 + 8 = 5. S(3|⁠5)
  16. a) Beide haben die Steigung 0,5, aber verschiedene y-Achsenabschnitte. Sie sind parallel und schneiden sich nie. b) Es muss 0,5 · m = −1 gelten, also m = −2.
  17. a) f(x) = −25x + 800. b) f(12) = −25 · 12 + 800 = 500 Liter. c) −25x + 800 = 0, also 25x = 800 und x = 32. Nach 32 Minuten ist der Tank leer. Die Funktion gilt also nur für x von 0 bis 32.
  18. A: a(x) = 12x. B: k(x) = 6x + 30. Gleichsetzen: 12x = 6x + 30, also 6x = 30 und x = 5. Bei 5 Besuchen kosten beide 60 €. Bei 6 Besuchen bezahlst du in A 72 € und in B 66 €. Ab 6 Besuchen im Monat ist B günstiger.

Spickzettel und Arbeitsblatt als PDF

Markiere die Aufgaben, bei denen du unsicher warst. Löse sie in zwei Tagen noch einmal, ohne in die Lösung zu schauen. So merkst du, was wirklich sitzt.

Der Spickzettel fasst alle Regeln auf einer Seite zusammen. Im Arbeitsblatt als PDF findest du den Spickzettel, die 18 Aufgaben mit Kästchen zum Rechnen und Zeichnen und die Lösungen.

Spickzettel lineare Funktionen: Formel f(x) = m · x + b, Steigung aus zwei Punkten, Gerade zeichnen mit b und Steigungsdreieck, Gleichung mit zwei Punkten aufstellen, Nullstelle mit f(x) = 0, Schnittpunkt durch Gleichsetzen, parallel und senkrecht

Mit Lerntwin übst du Mathe passend zu deiner Klasse. Die persönliche KI-Lernbegleitung fragt nach, statt die Lösung vorzusagen, und erklärt Schritt für Schritt. So stellst du die Gleichung selbst auf und merkst, wo es hakt. So funktioniert Lerntwin.

Quellen & weiterführende Literatur

  1. 1.ISB Bayern: LehrplanPLUS Gymnasium, Fachlehrplan Mathematik 8, Lernbereich 2 Lineare Funktionen.
  2. 2.Ministerium für Schule und Bildung NRW: Kernlehrplan für die Sekundarstufe I, Gymnasium, Mathematik (2019, PDF).
  3. 3.Kultusministerkonferenz: Bildungsstandards im Fach Mathematik für den Ersten und den Mittleren Schulabschluss (2022, PDF).
  4. 4.OpenStax, Rice University: College Algebra 2e, 4.1 Linear Functions (Steigung, steigend und fallend, parallele und senkrechte Geraden).
  5. 5.Wikipedia: Lineare Funktion (Normalform, Steigung aus zwei Punkten, Schnittpunkt, orthogonale Geraden).
  6. 6.Wikipedia: Funktion (Mathematik), Definition als eindeutige Zuordnung.
  7. 7.Wikipedia: Geradengleichung (Steigungsdreieck, Zweipunkteform, Punktsteigungsform).
  8. 8.Wikipedia: Steigung (Angabe in Prozent im Straßenverkehr, 100 % entspricht 45 Grad).
  9. 9.Wikipedia: Proportionalität (Ursprungsgerade).
  10. 10.Wikipedia: Nullstelle.

Häufige Fragen

Was sind lineare Funktionen?
Eine lineare Funktion ordnet jedem x-Wert genau einen y-Wert zu, nach der Formel f(x) = m · x + b. Dabei ist m die Steigung und b der y-Achsenabschnitt. Der Graph ist immer eine Gerade. Beispiel: Bei f(x) = 2x + 1 gehört zu x = 3 der Wert 2 · 3 + 1 = 7.
Wie berechnet man die Steigung einer linearen Funktion?
Nimm zwei Punkte der Geraden und rechne m = (y₂ − y₁) : (x₂ − x₁). Oben steht der Unterschied der y-Werte, unten der Unterschied der x-Werte. Für P(1|⁠3) und Q(4|⁠9) ist m = (9 − 3) : (4 − 1) = 6 : 3 = 2. Steht die Gleichung schon da, liest du m direkt vor dem x ab.
Wie stellt man eine lineare Funktion mit 2 Punkten auf?
Berechne zuerst die Steigung m aus beiden Punkten. Setze dann m und einen Punkt in y = m · x + b ein und löse nach b auf. Für A(2|⁠1) und B(6|⁠7) ist m = 6 : 4 = 1,5. Aus 1 = 1,5 · 2 + b folgt b = −2, also f(x) = 1,5x − 2. Zur Probe setzt du den zweiten Punkt ein.
Was ist eine Nullstelle bei einer linearen Funktion?
Die Nullstelle ist der x-Wert, an dem die Gerade die x-Achse schneidet. Du findest sie, indem du f(x) = 0 setzt und nach x auflöst. Bei f(x) = 2x − 6 ist das x = 3. Nicht jede lineare Funktion hat eine: Eine waagerechte Gerade wie f(x) = 4 trifft die x-Achse nie.
Wie berechnet man den Schnittpunkt zweier Geraden?
Setze die beiden Funktionsterme gleich und löse nach x auf. Setze x dann in eine der Funktionen ein, um y zu bekommen. Bei f(x) = 2x − 1 und g(x) = −x + 5 ergibt 2x − 1 = −x + 5 den Wert x = 2 und f(2) = 3. Der Schnittpunkt ist S(2|⁠3). Geraden mit gleicher Steigung und verschiedenem b sind parallel und schneiden sich nie.
In welcher Klasse lernt man lineare Funktionen?
Das regelt jedes Bundesland selbst. Am Gymnasium in Bayern stehen lineare Funktionen in Klasse 8 als eigener Lernbereich im Lehrplan. Auch die bundesweiten Bildungsstandards für den Ersten und den Mittleren Schulabschluss verlangen, dass du lineare Funktionen in Sachsituationen anwenden kannst.
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Frag den Fuchs

Hängst du beim Thema Lineare Funktionen?

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