📘 CodingMarble Learn

Gleichungssysteme und äquivalente Systeme

Ein Gleichungssystem ist eine Gruppe von Gleichungen, die alle gleichzeitig wahr sein müssen. Zwei Systeme sind äquivalent, wenn sie genau dieselben Lösungen haben. Gleichungen vertauschen, eine Gleichung mit einer Zahl ungleich null multiplizieren und ein Vielfaches einer Gleichung zu einer anderen addieren: Diese Schritte erhalten die Äquivalenz. So machen wir ein System einfacher, ohne die Lösung zu verlieren.

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Schau dir eine Gleichung an: x + y = 5. Jeder Punkt auf dieser roten Geraden macht sie wahr. Es gibt unendlich viele Lösungen.
  2. Jetzt kommt eine zweite Gleichung dazu: x − y = 1, die blaue Gerade. Ein System heißt: Beide müssen gleichzeitig stimmen.
  3. Nur ein Punkt liegt auf beiden Geraden: (3, 2). Dieser Punkt ist die Lösung des Systems.
  4. Multipliziere die erste Gleichung mit 2. Du erhältst 2x + 2y = 10. Die Gerade bewegt sich nicht, also bleibt die Lösung gleich.
  5. Jetzt addiere die beiden Gleichungen. Du erhältst 2x = 6, das ist die Gerade x = 3. Sie geht immer noch durch (3, 2). Das neue System ist also äquivalent und viel einfacher.
  6. Du bist dran. Bewege den Regler k, damit wird Gleichung 2 zu (Gleichung 2) + k × (Gleichung 1). Die Gerade dreht sich, bleibt aber immer auf dem Punkt. Probiere dann den Knopf „mit 0 multiplizieren“.

Tipp: Zieh die 3D-Szene, um sie zu drehen. Mit zwei Fingern zoomst du.

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Kann eine einzige Gleichung genau eine Lösung haben?

Nein. Eine Gleichung mit zwei Unbekannten hat unendlich viele Lösungen, eine ganze Gerade voller Punkte. Erst die zweite Gleichung wählt einen Punkt aus.

Was, wenn sich die Geraden nie schneiden?

Dann hat das System keine Lösung. Die Geraden sind parallel.

Warum ist der Schnittpunkt die Lösung?

Er ist der einzige Punkt auf beiden Geraden, also macht er beide Gleichungen wahr.

Ändert das Multiplizieren die Antwort?

Nein, solange du die ganze Gleichung mit einer Zahl ungleich 0 multiplizierst. Die Gerade ist dieselbe Gerade.

Warum addiert man die Gleichungen überhaupt?

Dadurch fällt eine Unbekannte weg, und du bekommst eine Gleichung mit einer Unbekannten, die leicht zu lösen ist.

Warum kann das Multiplizieren mit 0 schlecht sein?

Es macht aus der Gleichung 0 = 0, und das gilt für jeden Punkt. Du verlierst die Gerade, und das System hat unendlich viele Lösungen.

Was ist ein Gleichungssystem?

Ein System ist eine Menge von Gleichungen mit denselben Unbekannten. Eine Lösung muss jede Gleichung gleichzeitig wahr machen. Bei zwei Geraden ist die Lösung der Punkt, an dem sich die Geraden schneiden. Zwei Geraden können sich in einem Punkt schneiden (eine Lösung), sich nie treffen, weil sie parallel sind (keine Lösung), oder dieselbe Gerade sein (unendlich viele Lösungen).

Beispiel: x + y = 5 und x − y = 1. Probiere (3, 2): 3 + 2 = 5 und 3 − 2 = 1. Beides stimmt, also ist (3, 2) die Lösung.

Was bedeutet äquivalent?

Zwei Systeme sind äquivalent, wenn sie genau dieselbe Lösungsmenge haben. Keine Lösung zu viel, keine zu wenig. Sie können ganz verschieden aussehen. Zum Beispiel sind {x + y = 5, x − y = 1} und {x = 3, y = 2} äquivalent, denn beide haben nur die Lösung (3, 2).

Wir verwandeln ein schweres System in ein äquivalentes einfaches. Dann gilt die Antwort, die wir finden, auch für das schwere System.

Sichere Schritte (Äquivalenzumformungen)

Unsichere Schritte: mit 0 multiplizieren (die Gleichung wird zu 0 = 0 und sagt nichts mehr) oder nur eine Seite einer Gleichung ändern. Auch Quadrieren beider Seiten kann falsche Lösungen hinzufügen, deshalb musst du am Ende prüfen.

Lösen mit dem Additionsverfahren

Das Additionsverfahren (Elimination) ist eine Kette sicherer Schritte, die eine Unbekannte entfernt.

  1. Schreibe das System auf. Beispiel: 2x + 3y = 12 und 4x − y = 10.
  2. Multipliziere die zweite Gleichung mit 3: 12x − 3y = 30.
  3. Addiere sie zur ersten: 14x = 42, also x = 3.
  4. Setze x = 3 in 4x − y = 10 ein: 12 − y = 10, also y = 2.
  5. Prüfe in beiden ursprünglichen Gleichungen.

Jedes neue System ist äquivalent zum vorherigen, also ist (3, 2) auch die Lösung des ersten.

Probier es aus

Erst vermuten, dann prüfen: Bewege im freien 3D-Spiel den Regler k. Sag vorher, was du mit dem Schnittpunkt erwartest. Finde dann das k, bei dem die blaue Gerade senkrecht wird. Drücke danach den Knopf „mit 0 multiplizieren“ und sieh, warum das kein sicherer Schritt ist.

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. Löse x + y = 7 und x − y = 1.

Addiere die Gleichungen: 2x = 8, also x = 4. Dann y = 7 − 4 = 3. Probe: 4 + 3 = 7 und 4 − 3 = 1. Lösung (4, 3).

2. Löse 3x + y = 10 und x + y = 4.

Subtrahiere die zweite von der ersten Gleichung: 2x = 6, also x = 3. Dann y = 4 − 3 = 1. Probe: 9 + 1 = 10 und 3 + 1 = 4. Lösung (3, 1).

3. Zeige, dass {x + y = 5, x − y = 1} äquivalent zu {x = 3, x + y = 5} ist.

Addiere die beiden ursprünglichen Gleichungen: 2x = 6, also x = 3. Behalte x + y = 5. Das neue System entstand durch sichere Schritte, und seine Lösung ist x = 3, y = 2. Beide Systeme haben nur (3, 2).

4. Löse 2x + 3y = 12 und 4x − y = 10.

Multipliziere die zweite Gleichung mit 3: 12x − 3y = 30. Addiere zur ersten: 14x = 42, also x = 3. Dann ergibt 4(3) − y = 10 den Wert y = 2. Lösung (3, 2).

5. Ersetze im System x + y = 5, x − y = 1 die Gleichung 2 durch (Gleichung 2) + 2 × (Gleichung 1). Schreibe die neue Gleichung auf und prüfe die alte Lösung.

Neue Gleichung: (x − y) + 2(x + y) = 1 + 10, also 3x + y = 11. Prüfe (3, 2): 9 + 2 = 11. Das stimmt, die Lösung bleibt erhalten.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. Zwei Systeme sind äquivalent, wenn sie Folgendes haben:
2. Welcher Schritt ist NICHT sicher?
3. Die Addition von x + y = 5 und x − y = 1 ergibt:
4. Zwei parallele Geraden als System haben:
5. Die Lösung von {x + y = 7, x − y = 1} ist:

Üben: Beantworte diese selbst

Tippe oder wähle deine Antwort und drücke dann Prüfen. Nutze einen Tipp, wenn du nicht weiterkommst; die ganze Lösung erscheint nach deiner Antwort.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein äquivalentes System in einfachen Worten?

Es ist ein neues System mit genau denselben Lösungen wie das alte, nur einfacher aufgeschrieben.

Liefert das Additionsverfahren immer ein äquivalentes System?

Ja, solange du nur vertauschst, mit einer Zahl ungleich null multiplizierst oder ein Vielfaches einer Gleichung zu einer anderen addierst.

Warum prüfen wir die Antwort am Ende?

Die Probe findet Rechenfehler. Und wenn du riskante Schritte wie Quadrieren benutzt hast, scheidet sie zusätzliche falsche Lösungen aus.

Vorher lernen

Als Nächstes lernen

Passende Lektionen

Alle Maths-Lektionen