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Geraden: Steigung, Formen der Geradengleichung und Abstand

Die Steigung einer Geraden ist Anstieg ÷ Schritt nach rechts = (y₂ − y₁)/(x₂ − x₁) = tan θ. Parallele Geraden haben gleiche Steigungen; bei senkrechten Geraden gilt m₁m₂ = −1. Der Winkel zwischen zwei Geraden folgt aus tan θ = |(m₂ − m₁)/(1 + m₁m₂)|. Eine Gerade kann man schreiben als y = b oder x = a (parallel zu einer Achse), y − y₁ = m(x − x₁) (Punkt-Steigungs-Form), y = mx + c (Steigungsform), als Zwei-Punkte-Form oder als x/a + y/b = 1 (Achsenabschnittsform). Der Abstand von (x₁, y₁) zur Geraden Ax + By + C = 0 ist |Ax₁ + By₁ + C|/√(A² + B²).

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Die Steigung sagt, wie steil eine Gerade ist. Gehe von A nach B: Zähle, wie weit du nach oben (Anstieg) und wie weit du nach rechts (Schritt) gehst. Steigung m = Anstieg ÷ Schritt = tan θ. Parallele Geraden haben dieselbe Steigung.
  2. Zwei Geraden schneiden sich und bilden einen Winkel. Wir finden ihn allein aus den Steigungen: tan θ = |(m₂ − m₁)/(1 + m₁m₂)|. Für m₁ = 1/2 und m₂ = 3 ist der Winkel 45°.
  3. Manche Geraden liegen flach (y = 2) oder stehen senkrecht (x = −3). Kennst du einen Punkt und die Steigung, kannst du die Gerade aufschreiben: y − y₁ = m(x − x₁). Daraus wird y = mx + c.
  4. Zwei Punkte legen genau eine Gerade fest: das ist die Zwei-Punkte-Form. Kennst du die Stelle, an der die Gerade die x-Achse (a) und die y-Achse (b) schneidet, schreibst du x/a + y/b = 1.
  5. Wie weit ist ein Punkt von einer Geraden entfernt? Fälle das Lot. Seine Länge ist d = |Ax₁ + By₁ + C| / √(A² + B²).
  6. Freies Spiel: Ändere die Steigung m, den Achsenabschnitt c und den Punkt P. Beobachte, wie sich Gleichung, Winkel und Abstand verändern.

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

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Warum ist die Steigung einer senkrechten Geraden nicht definiert?

Bei einer senkrechten Geraden ist der Schritt nach rechts 0. Anstieg ÷ 0 kann man nicht ausrechnen, also ist die Steigung nicht definiert. Ihre Gleichung ist einfach x = a.

Ist es egal, welchen Punkt ich (x₁, y₁) nenne?

Ja. (3 − (−1))/(2 − (−3)) und (−1 − 3)/(−3 − 2) ergeben beide 4/5. Behalte nur im Zähler und im Nenner dieselbe Reihenfolge bei.

Warum ergibt das Produkt senkrechter Steigungen −1?

Drehe eine Gerade um 90°: Anstieg und Schritt tauschen die Plätze und eines wechselt das Vorzeichen. Aus der Steigung 4/5 wird −5/4, und 4/5 × (−5/4) = −1.

Warum steht in tan θ ein Betrag?

Zwei sich schneidende Geraden bilden einen spitzen und einen stumpfen Winkel. Der Betrag wählt den spitzen aus; der andere ist 180° − θ.

Wann benutze ich die Achsenabschnittsform?

Wenn du weißt, wo die Gerade beide Achsen schneidet, oder wenn die Aufgabe nach den Achsenabschnitten fragt. Teile die allgemeine Form durch −C, dann erhältst du x/a + y/b = 1.

Kann der Abstand negativ werden?

Nein. Im Zähler steht ein Betrag. Das Vorzeichen von Ax₁ + By₁ + C zeigt nur, auf welcher Seite der Geraden der Punkt liegt.

Steigung einer Geraden

Die Steigung sagt, wie steil eine Gerade ist. Gehe auf der Geraden von einem Punkt zu einem anderen. Die Änderung von y ist der Anstieg. Die Änderung von x ist der Schritt nach rechts.

m = Anstieg ÷ Schritt = (y₂ − y₁)/(x₂ − x₁). Bildet die Gerade den Winkel θ mit der positiven x-Achse, dann gilt m = tan θ (θ ≠ 90°).

Parallel, senkrecht und kollinear

Zwei Geraden sind parallel, wenn ihre Steigungen gleich sind: m₁ = m₂. Sie stehen senkrecht aufeinander, wenn m₁ × m₂ = −1 gilt (keine der Geraden ist senkrecht zur x-Achse). Drei Punkte A, B, C liegen auf einer Geraden (kollinear), wenn die Steigung von AB gleich der Steigung von BC ist.

Winkel zwischen zwei Geraden

Zwei sich schneidende Geraden bilden zwei Winkel, die zusammen 180° ergeben. Sind die Steigungen m₁ und m₂ und gilt 1 + m₁m₂ ≠ 0, dann findest du den spitzen Winkel θ so:

tan θ = |(m₂ − m₁)/(1 + m₁m₂)|

Der andere Winkel ist 180° − θ. Ist 1 + m₁m₂ = 0, stehen die Geraden senkrecht aufeinander (θ = 90°).

Formen der Geradengleichung

Die Gleichung einer Geraden ist eine Regel, die jeder Punkt der Geraden erfüllt und kein anderer Punkt.

Jede Gerade lässt sich als Ax + By + C = 0 schreiben (allgemeine Form). Ihre Steigung ist −A/B und ihr y-Achsenabschnitt ist −C/B.

Abstand eines Punktes von einer Geraden

Der kürzeste Weg von einem Punkt zu einer Geraden ist das Lot. Für den Punkt P(x₁, y₁) und die Gerade Ax + By + C = 0 gilt:

d = |Ax₁ + By₁ + C| / √(A² + B²)

Zwei parallele Geraden Ax + By + C₁ = 0 und Ax + By + C₂ = 0 haben einen festen Abstand: d = |C₁ − C₂| / √(A² + B²). Achte darauf, dass A und B in beiden Gleichungen gleich sind, bevor du die Formel benutzt.

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. Bestimme die Steigung der Geraden durch (2, −3) und (6, 5) und den Winkel, den sie mit der x-Achse bildet.

Schritt 1: m = (5 − (−3))/(6 − 2) = 8/4 = 2. Schritt 2: tan θ = 2, also θ = tan⁻¹ 2 ≈ 63.4°.

2. Zeige, dass A(1, 2), B(3, 6) und C(4, 8) kollinear sind.

Schritt 1: Steigung AB = (6 − 2)/(3 − 1) = 2. Schritt 2: Steigung BC = (8 − 6)/(4 − 3) = 2. Schritt 3: Die Steigungen sind gleich und B ist gemeinsamer Punkt, also liegen A, B, C auf einer Geraden.

3. Bestimme die Gleichung der Geraden durch (−1, 4) mit der Steigung −3.

Schritt 1: Punkt-Steigungs-Form y − 4 = −3(x + 1). Schritt 2: y − 4 = −3x − 3. Schritt 3: y = −3x + 1 oder 3x + y − 1 = 0.

4. Bestimme die Gleichung der Geraden durch (1, −1) und (3, 5).

Schritt 1: m = (5 + 1)/(3 − 1) = 3. Schritt 2: y + 1 = 3(x − 1). Schritt 3: y = 3x − 4 oder 3x − y − 4 = 0.

5. Eine Gerade schneidet die x-Achse bei 6 und die y-Achse bei −4. Bestimme ihre Gleichung.

Schritt 1: Achsenabschnittsform x/6 + y/(−4) = 1. Schritt 2: Mit 12 multiplizieren: 2x − 3y = 12. Schritt 3: 2x − 3y − 12 = 0.

6. Bestimme den spitzen Winkel zwischen y = 2x + 1 und y = −3x + 5.

Schritt 1: m₁ = 2, m₂ = −3. Schritt 2: tan θ = |(−3 − 2)/(1 + 2(−3))| = |−5/−5| = 1. Schritt 3: θ = 45°.

7. Bestimme den Abstand des Punktes (2, 3) von der Geraden 5x − 12y + 7 = 0.

Schritt 1: d = |5(2) − 12(3) + 7| / √(25 + 144). Schritt 2: = |10 − 36 + 7| / 13 = |−19| / 13. Schritt 3: d = 19/13 ≈ 1.46 Einheiten.

8. Bestimme den Abstand der parallelen Geraden 3x − 4y + 7 = 0 und 6x − 8y − 1 = 0.

Schritt 1: A und B angleichen: die zweite Gleichung durch 2 teilen → 3x − 4y − 1/2 = 0. Schritt 2: d = |7 − (−1/2)| / √(9 + 16) = (15/2)/5. Schritt 3: d = 3/2 = 1.5 Einheiten.

9. Bestimme die Gleichung der Geraden durch (2, 3), die senkrecht auf 4x − 3y + 5 = 0 steht.

Schritt 1: Steigung der gegebenen Geraden = −A/B = 4/3. Schritt 2: Steigung der senkrechten Geraden = −3/4. Schritt 3: y − 3 = −3/4 (x − 2) → 4y − 12 = −3x + 6 → 3x + 4y − 18 = 0.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. Die Steigung der Geraden durch (1, 2) und (4, 8) ist
2. Geraden mit den Steigungen 3 und −1/3 sind
3. Die Steigung der Geraden 2x + 3y − 6 = 0 ist
4. Die Gerade x/3 + y/5 = 1 schneidet die y-Achse bei
5. Der Abstand des Ursprungs von 3x + 4y = 10 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 die Steigung einer Geraden?

Sie ist (y₂ − y₁)/(x₂ − x₁), also Anstieg durch Schritt nach rechts, und gleich tan θ, wobei θ der Winkel der Geraden mit der positiven x-Achse ist.

Wie viele Formen der Geradengleichung gibt es?

Die wichtigsten sind: parallel zu einer Achse, Punkt-Steigungs-Form, Steigungsform, Zwei-Punkte-Form, Achsenabschnittsform und die allgemeine Form Ax + By + C = 0.

Wie lautet die Formel für den Abstand eines Punktes von einer Geraden?

d = |Ax₁ + By₁ + C| / √(A² + B²) für den Punkt (x₁, y₁) und die Gerade Ax + By + C = 0.

Wo das unterrichtet wird

Canada (Ontario)Grade 10Modelling Linear Relations
NetherlandsVWO 6 (eindexamenjaar)Geometry with coordinates (part 2)
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIIAnalytic geometry in the plane
RomaniaClasa a IX-aGeometry: Analytic geometry
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RomaniaClasa a X-aGeometry
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CBSE (India)Class 11Coordinate Geometry
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England (GCSE, A level)Year 12C Coordinate geometry in the (x, y) plane
Japan高校(専門学科)1〜3年Advanced Mathematics II
Japan高校2年Figures and equations
South Korea고등학교 1학년Equations of figures
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FranceSecondeGeometry
China高二Ch.2 Lines and circles

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