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Quadratische Gleichungen

Eine quadratische Gleichung hat x² als höchste Potenz: ax² + bx + c = 0 mit a ≠ 0. Sie hat höchstens zwei Lösungen. Du findest sie durch Faktorisieren (mittleres Glied zerlegen, dann jede Klammer gleich null setzen) oder mit der Formel x = (−b ± √(b² − 4ac)) / 2a. Die Diskriminante D = b² − 4ac zeigt die Art der Lösungen: D > 0 zwei verschiedene reelle Lösungen, D = 0 zwei gleiche Lösungen, D < 0 keine reelle Lösung.

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Schau dir diese Kacheln an. Ein großes blaues Quadrat ist x². Fünf grüne Streifen sind 5x. Sechs kleine gelbe Quadrate sind 6. Zusammen ergeben sie x² + 5x + 6.
  2. Jetzt rutschen die Kacheln zu einem Rechteck zusammen. Seine Seiten sind (x + 2) und (x + 3). Also gilt x² + 5x + 6 = (x + 2)(x + 3). Das nennt man Faktorisieren.
  3. Wenn (x + 2)(x + 3) = 0 ist, muss eine Klammer null sein. Also x = −2 oder x = −3. Im Graphen berührt die Kurve die x-Achse genau an diesen zwei Punkten. Das sind die Lösungen.
  4. Die Lösungsformel findet die Lösungen für jede Gleichung. Sieh zu, wie sie Zeile für Zeile arbeitet: erst D bestimmen, dann die Wurzel ziehen, dann Plus und Minus benutzen.
  5. Die Diskriminante D = b² − 4ac entscheidet alles. Die Kurve hebt sich: erst schneidet sie die x-Achse zweimal, dann berührt sie sie nur einmal, dann verfehlt sie sie. Zwei Lösungen, eine Lösung, keine reelle Lösung.
  6. Du bist dran. Bewege die Regler a, b und c. Zähle, wo die Kurve die x-Achse trifft, und prüfe D.

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

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Warum darf a in ax² + bx + c = 0 nicht 0 sein?

Ist a = 0, verschwindet der x²-Teil und es bleibt nur bx + c = 0, eine lineare Gleichung (Gerade). Stelle im letzten Schritt den Regler a auf 0: Die Kurve wird zu einer Geraden.

Woher weiß ich, in welche zwei Zahlen ich das mittlere Glied zerlege?

Sie müssen multipliziert a × c ergeben und addiert b. Bei den Kacheln teilen sich die 5 Streifen in 2 auf der einen und 3 auf der anderen Seite, weil 2 × 3 = 6 und 2 + 3 = 5 ist.

Warum setzen wir jede Klammer gleich null?

Wenn zwei Zahlen multipliziert 0 ergeben, muss mindestens eine davon 0 sein. Also bedeutet (x + 2)(x + 3) = 0, dass x + 2 = 0 oder x + 3 = 0 ist. Der Graph zeigt, wie die Kurve die x-Achse bei −2 und −3 trifft.

Warum sind die Lösungen die Punkte, an denen der Graph die x-Achse trifft?

Auf der x-Achse ist y = 0. Die x-Werte, bei denen y = ax² + bx + c gleich 0 wird, sind also genau die Lösungen.

Warum steht in der Formel ein ±?

Sowohl +4 als auch −4 ergeben quadriert 16. Beim Wurzelziehen müssen wir deshalb beide Vorzeichen behalten. So entstehen zwei Lösungen.

Wie sieht D = 0 aus?

Die Kurve berührt die x-Achse nur in einem Punkt, x = −b/2a. Wir sagen, die zwei Lösungen sind gleich. Achte in Schritt 4 auf den mittleren Moment beim Anheben.

Kann eine quadratische Gleichung drei Lösungen haben?

Nein. Eine U-förmige Kurve kann eine Gerade (die x-Achse) höchstens zweimal schneiden. Probiere beliebige a, b, c im freien Spiel: Du wirst nie drei Schnittpunkte sehen.

Was ist eine quadratische Gleichung? (Normalform)

Eine quadratische Gleichung ist eine Gleichung, in der die höchste Potenz von x die 2 ist. "Quadrat" kommt vom Quadrieren.

Ihre allgemeine Form ist ax² + bx + c = 0. Dabei sind a, b und c reelle Zahlen und a ≠ 0. Wäre a gleich 0, würde der x²-Teil verschwinden und es wäre eine lineare Gleichung.

Bringe zuerst immer alle Terme auf eine Seite. Beispiel: 2x² = 3x − 1 wird zu 2x² − 3x + 1 = 0, also a = 2, b = −3, c = 1.

Eine Zahl, die die Gleichung wahr macht, heißt Lösung oder Wurzel. Eine quadratische Gleichung hat höchstens zwei Lösungen.

Woran erkenne ich, ob eine Gleichung quadratisch ist?

Löse alle Klammern auf und fasse zusammen. Ist die höchste übrig gebliebene Potenz von x die 2, ist sie quadratisch. Vorsicht: (x + 1)² = x² + 3 wird zu 2x − 2 = 0 und ist nicht quadratisch, weil das x² wegfällt.

Lösen durch Faktorisieren (mittleres Glied zerlegen)

Suche bei ax² + bx + c = 0 zwei Zahlen, deren Produkt a × c ist und deren Summe b ist. Zerlege das mittlere Glied in diese beiden Zahlen, gruppiere und klammere gemeinsame Faktoren aus.

Beispiel: x² + 5x + 6 = 0. Wir brauchen zwei Zahlen mit Produkt 6 und Summe 5: Das sind 2 und 3.

x² + 2x + 3x + 6 = 0 → x(x + 2) + 3(x + 2) = 0 → (x + 2)(x + 3) = 0.

Wenn zwei Zahlen multipliziert 0 ergeben, ist mindestens eine davon 0. Also x + 2 = 0 oder x + 3 = 0, das ergibt x = −2 oder x = −3.

Die 3D-Kacheln zeigen, warum das klappt: Die Teile von x² + 5x + 6 passen genau in ein Rechteck mit den Seiten (x + 2) und (x + 3).

Lösen mit der Lösungsformel

Manche Gleichungen lassen sich nicht leicht faktorisieren. Die Lösungsformel (in Deutschland auch Mitternachtsformel oder abc-Formel genannt) funktioniert immer:

x = (−b ± √(b² − 4ac)) / 2a

Schritte: (1) Schreibe a, b, c mit ihren Vorzeichen auf; (2) berechne D = b² − 4ac; (3) wenn D ≥ 0, berechne √D; (4) setze die Werte einmal mit + und einmal mit − in die Formel ein.

Woher kommt die Formel?

Sie kommt von der quadratischen Ergänzung. Teile durch a: x² + (b/a)x + c/a = 0. Addiere und subtrahiere (b/2a)²: (x + b/2a)² = (b² − 4ac)/4a². Ziehe auf beiden Seiten die Wurzel: x + b/2a = ±√(b² − 4ac)/2a. Bringe b/2a auf die andere Seite, und die Formel steht da. Das ± erscheint, weil eine positive und eine negative Zahl dasselbe Quadrat haben.

Diskriminante und Art der Lösungen

Der Teil unter der Wurzel, D = b² − 4ac, heißt Diskriminante. "Diskriminieren" bedeutet hier "unterscheiden": D verrät uns, welche Art von Lösungen es gibt, ohne die Gleichung zu lösen.

Eine typische Prüfungsfrage: "Bestimme k so, dass kx² + 6x + 1 = 0 genau eine Lösung hat." Setze D = 0: 36 − 4k = 0, also k = 9.

Textaufgaben zu quadratischen Gleichungen

Mit vier Schritten wird jede Geschichte zu einer quadratischen Gleichung:

  1. Benenne die Unbekannte: Sie heiße x (sage, was x bedeutet, und die Einheit).
  2. Schreibe die anderen Größen mit x auf.
  3. Stelle aus der Bedingung die Gleichung auf und bringe sie auf die Form ax² + bx + c = 0.
  4. Löse und prüfe: Verwirf Ergebnisse, die keinen Sinn ergeben (eine negative Länge, ein negatives Alter oder eine negative Geschwindigkeit).

Typische Aufgaben: Fläche eines Rechtecks, aufeinanderfolgende Zahlen, Alter, Geschwindigkeit und Zeit (Züge, Boote in einer Strömung) und Arbeit von zwei Personen.

Probier es aus: das Kachel-Rätsel zu Hause

Schneide aus Papier 1 großes Quadrat (Seite 5 cm), 5 Streifen (5 cm × 1 cm) und 6 kleine Quadrate (1 cm) aus. Sie stehen für x², 5x und 6. Versuche, alle 12 Teile zu einem Rechteck zu legen. Miss seine Seiten: Eine Seite ist x + 2, die andere x + 3. Probiere jetzt x² + 7x + 12 (7 Streifen, 12 kleine Quadrate). Welches Rechteck bekommst du?

Gehe im 3D oben zum letzten Schritt und rate zuerst: Wie oft trifft die Kurve die x-Achse bei a = 1, b = 4, c = 4? Bewege dann die Regler und prüfe nach.

Was in der Prüfung gefragt wird

Dieses Kapitel gehört zur Algebra (in der indischen CBSE-Prüfung etwa 20 Punkte). Zu erwarten sind: prüfen, ob eine Gleichung quadratisch ist (1 Punkt), k für gleiche Lösungen oder die Art der Lösungen bestimmen (2 Punkte), Lösen durch Faktorisieren oder mit der Formel (2–3 Punkte) und eine Textaufgabe (3–5 Punkte, oft zu Geschwindigkeit oder Fläche).

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. Ist (x − 2)² + 1 = 2x − 3 eine quadratische Gleichung?

Löse die Klammer auf: x² − 4x + 4 + 1 = 2x − 3. Bringe alle Terme nach links: x² − 6x + 8 = 0. Die höchste Potenz ist 2 und a = 1 ≠ 0, also ja, sie ist quadratisch.

2. Löse x² − 7x + 12 = 0 durch Faktorisieren.

Gesucht sind zwei Zahlen mit Produkt 12 und Summe −7: −3 und −4. x² − 3x − 4x + 12 = 0 → x(x − 3) − 4(x − 3) = 0 → (x − 3)(x − 4) = 0. Also x = 3 oder x = 4.

3. Löse 2x² + x − 6 = 0 durch Faktorisieren.

a × c = 2 × (−6) = −12. Zwei Zahlen mit Produkt −12 und Summe 1: 4 und −3. 2x² + 4x − 3x − 6 = 0 → 2x(x + 2) − 3(x + 2) = 0 → (x + 2)(2x − 3) = 0. Also x = −2 oder x = 3/2.

4. Löse x² − 2x − 3 = 0 mit der Lösungsformel.

a = 1, b = −2, c = −3. D = (−2)² − 4(1)(−3) = 4 + 12 = 16, √D = 4. x = (2 ± 4)/2. Also x = 6/2 = 3 oder x = −2/2 = −1.

5. Bestimme die Art der Lösungen von 3x² − 4x + 2 = 0.

D = (−4)² − 4(3)(2) = 16 − 24 = −8. D < 0, also hat die Gleichung keine reelle Lösung.

6. Bestimme k so, dass x² − kx + 9 = 0 zwei gleiche Lösungen hat.

Für gleiche Lösungen ist D = 0: (−k)² − 4(1)(9) = 0 → k² = 36 → k = 6 oder k = −6.

7. Ein rechteckiger Garten ist 4 m länger als breit. Seine Fläche beträgt 96 m². Bestimme die Seiten.

Breite = x m, Länge = x + 4 m. x(x + 4) = 96 → x² + 4x − 96 = 0 → (x + 12)(x − 8) = 0 → x = 8 oder x = −12. Die Breite kann nicht negativ sein, also Breite = 8 m und Länge = 12 m.

8. Ein Zug legt 360 km mit gleichbleibender Geschwindigkeit zurück. Wäre er 10 km/h schneller, bräuchte er 3 Stunden weniger. Bestimme seine Geschwindigkeit.

Geschwindigkeit = x km/h. Zeit = 360/x. Dann gilt 360/x − 360/(x + 10) = 3. Multipliziere mit x(x + 10): 360(x + 10) − 360x = 3x(x + 10) → 3600 = 3x² + 30x → x² + 10x − 1200 = 0 → (x + 40)(x − 30) = 0. Die Geschwindigkeit kann nicht negativ sein, also beträgt sie 30 km/h.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. Welche dieser Gleichungen ist quadratisch?
2. Die Diskriminante von ax² + bx + c = 0 ist:
3. Die Lösungen von (x − 5)(x + 1) = 0 sind:
4. Wenn D = 0 ist, hat die Gleichung:
5. Die größtmögliche Anzahl von Lösungen einer quadratischen Gleichung 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 eine quadratische Gleichung in einfachen Worten?

Es ist eine Gleichung, in der x quadriert wird (x²) und keine höhere Potenz vorkommt. Ihre allgemeine Form ist ax² + bx + c = 0 mit a ungleich 0.

Welche Methode ist besser: Faktorisieren oder Formel?

Versuche zuerst das Faktorisieren, wenn die Zahlen klein und schön sind. Findest du nicht schnell zwei passende Zahlen, nimm die Formel. Die Formel funktioniert immer.

Warum kann eine quadratische Gleichung keine reelle Lösung haben?

Die Formel braucht √D. Ist D negativ, ergibt keine reelle Zahl zum Quadrat eine negative Zahl, also gibt es keine reelle Lösung. Im Graphen trifft die Kurve die x-Achse nie.

Wo das unterrichtet wird

Canada (Ontario)Grade 10Quadratic Relations of the Form y = ax2 + bx + c
Canada (Ontario)Grade 11A. Quadratic Functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªRelations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 2ªRelations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªRelations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªRelations and functions
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªRelations and functions
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NetherlandsVWO 3 (onderbouw)Equations
NetherlandsHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Functions, graphs and equations (part 1)
NetherlandsVWO 5Functions, graphs and equations (part 2)
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IEquations and inequalities
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IEquations and inequalities
RomaniaClasa a VIII-aAlgebraic calculation in ℝ
Spain4º ESOAlgebraic sense
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Spain1º BachilleratoAlgebraic Sense
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Ukraine8 класAlgebraic expressions
Ukraine8 класEquations
CBSE (India)Class 10Algebra
CBSE (India)Class 10Algebra
England (GCSE, A level)Year 103.2 Algebra
England (GCSE, A level)Year 12B Algebra and functions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Relationships between quantities and reasoning with equations
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Expressions and equations (quadratic)
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Expressions and equations
Japan中学3年Numbers and expressions
Japan高校1年Quadratic functions
Japan高校2年Various expressions
South Korea중학교 3학년Factorisation and quadratic equations
South Korea고등학교 1학년Equations and inequalities
South Korea고등학교 1학년Equations and inequalities
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 9Quadratic functions
FranceTroisièmeNumbers and calculations
FranceSecondeNumbers, calculations and algebra
FrancePremièreModelling change with functions
FrancePremièreAlgebra
Russia8 классEquations and inequalities
Russia8 классEquations and inequalities
Russia9 классEquations and inequalities
China九年级(初三)Ch.25 Quadratic equations in one variable

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