Die richtige Formel wählen

Choosing the formula

Mathematik Klasse 7 20 Aufgaben
AlgebraBinomische FormelnTerme

Aus drei Formeln wird die passende gewählt: zweimal dieselbe Klammer mit Plus (erste), mit Minus (zweite), Summe mal Differenz (dritte). Der Abschnitt räumt aus, dass (x − 5)² mit der dritten und (x + 5)(x − 5) mit der zweiten Formel gerechnet wird, dass (5 − x)² als 25 − x² gelesen wird und dass ein passender Zahlenwert eine Umformung beweist (x = 0, Healy und Hoyles 2000). Die Zahlenprobe wird als Werkzeug eingeführt. Der Abschnitt bereitet das Erkennen rückwärts und das Deuten von Termen vor.

Muster, Reihenfolge und Vorzeichen

Welche Formel passt? Schau auf die Klammern. Zweimal dieselbe Klammer mit Plus: erste Formel, (x + 5)² = x² + 10x + 25. Zweimal dieselbe Klammer mit Minus: zweite Formel, (x − 5)² = x² − 10x + 25. Eine Klammer mit Plus und eine mit Minus: dritte Formel, (x + 5)(x − 5) = x² − 25. Schreibe zuerst auf, was a und b sind, und wähle dann die Formel.

Die drei binomischen Formeln: 1. (a + b)² = a² + 2ab + b²; 2. (a − b)² = a² − 2ab + b²; 3. (a + b)(a − b) = a² − b²1.(a + b)²=a² + 2ab + b²2.(a − b)²=a² − 2ab + b²3.(a + b)(a − b)=a² − b²
Die drei binomischen Formeln auf einen Blick.

Auch (5 − x)² ist das Quadrat einer Differenz. Hier ist a = 5 und b = x: (5 − x)² = 25 − 10x + x². Das ist derselbe Term wie (x − 5)² = x² − 10x + 25, nur anders geordnet. Die dritte Formel würde 25 − x² liefern, das ist ein anderer Term. Achte darauf, welcher Summand vorne steht: Er ist a.

Die Zahlenprobe

Prüfe eine Umformung mit Zahlen, aber nicht nur mit einer. Für x = 0 haben (x + 4)² und x² + 16 beide den Wert 16, und doch sind die Terme nicht gleich: Schon für x = 1 ergeben sich 25 und 17. Ein Gegenbeispiel widerlegt eine Umformung, ein passender Wert beweist nichts. Nimm deshalb mehrere Werte und keinen Sonderfall wie 0 oder 1. Eine Zahlenprobe findet Fehler, aber sie beweist keine Formel. Beweisen lassen sich die Formeln mit dem Flächenbild oder durch Ausmultiplizieren, jeder mit jedem.

Verändere x. Bei welchem x sind alle drei Säulen gleich hoch?
Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Multipliziere aus: (t + 9)²

  • ● t² + 18t + 81
  • ○ t² + 81
  • ○ t² − 81
Zweimal dieselbe Klammer mit Plus: erste Formel, t² + 2 · t · 9 + 9² = t² + 18t + 81. t² + 81 lässt das mittlere Glied weg, t² − 81 ist die dritte Formel.
Multiple Choice #2 20s ▶ Testen

Multipliziere aus: (n − 4)(n + 4)

  • ● n² − 16
  • ○ n² + 16
  • ○ n² − 8n + 16
Summe mal Differenz: dritte Formel, n² − 4² = n² − 16. n² + 16 hat das falsche Vorzeichen, n² − 8n + 16 wäre (n − 4)².
Wahr / Falsch #3 15s ▶ Testen

(x − 5)(x − 5) = x² − 25

✓ Falsch
Falsch: Zweimal dieselbe Klammer mit Minus ist die zweite Formel, x² − 10x + 25. x² − 25 gehört zu (x + 5)(x − 5).
Multiple Choice #4 20s ▶ Testen

Multipliziere aus: (5 − x)²

  • ● 25 − 10x + x²
  • ○ 25 − x²
  • ○ 25 − 10x − x²
a = 5, b = x: 5² − 2 · 5 · x + x² = 25 − 10x + x². 25 − x² ist die dritte Formel, 25 − 10x − x² lässt das Minus an x² hängen.
Wahr / Falsch #5 15s ▶ Testen

(5 − x)² = (x − 5)²

✓ Wahr
Richtig: Beide sind gleich, denn (5 − x) und (x − 5) unterscheiden sich nur im Vorzeichen, und beim Quadrieren fällt es weg. Beide ergeben x² − 10x + 25.
Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Welcher Term ist gleich (7 − y)²?

  • ● (y − 7)²
  • ○ (y + 7)²
  • ○ y² − 49
(7 − y)² = 49 − 14y + y² = (y − 7)². (y + 7)² hat das mittlere Glied +14y, y² − 49 ist die dritte Formel.
Multiple Choice #7 20s ▶ Testen

Du prüfst (x + 3)² = x² + 9 mit einem Zahlenwert. Bei welchem Wert fällt der Fehler nicht auf?

  • ● x = 0
  • ○ x = 1
  • ○ x = 2
Für x = 0 ist (0 + 3)² = 9 und 0² + 9 = 9: beide gleich. Für x = 1 (16 gegen 10) und x = 2 (25 gegen 13) fällt der Fehler auf.
Wahr / Falsch #8 15s ▶ Testen

Für a = 2 und b = 0 haben (a + b)² und a² + b² denselben Wert. Also gilt (a + b)² = a² + b² für alle a und b.

✓ Falsch
Falsch: Bei b = 0 fällt das mittlere Glied 2ab weg, das ist ein Sonderfall. Schon für a = 2 und b = 1 ist (a + b)² = 9, aber a² + b² = 5.
Multiple Choice #9 20s ▶ Testen

Welche Umformung von (x + 4)² ist nach der Tabelle falsch?

  • ● x² + 16
  • ○ x² + 8x + 16
  • ○ keine von beiden
Für x = 1 hat (x + 4)² den Wert 25, x² + 16 aber nur 17. x² + 8x + 16 stimmt in allen drei Spalten; dass x² + 16 bei x = 0 passt, ändert nichts.
Multiple Choice #10 25s ▶ Testen

Welche binomische Formel passt zu (3y − 1)²?

  • ● 2. binomische Formel
  • ○ 1. binomische Formel
  • ○ 3. binomische Formel
Multiple Choice #11 25s ▶ Testen

Welche binomische Formel passt zu (2x + 5)(2x − 5)?

  • ○ 1. binomische Formel
  • ● 3. binomische Formel
  • ○ 2. binomische Formel
Mittel
Zahleneingabe #1 20s ▶ Testen

Welche binomische Formel (1, 2 oder 3) gehört zu (x − 3)²? Gib die Nummer an.

✓ Antwort: 2
(x − 3)² ist das Quadrat einer Differenz: zweite Formel, x² − 6x + 9.
Zahleneingabe #2 20s ▶ Testen

Es gilt (3 − x)² = 9 − m · x + x². Wie groß ist m?

✓ Antwort: 6
Das mittlere Glied ist −2 · 3 · x = −6x, also m = 6.
Zahleneingabe #3 25s ▶ Testen

Berechne (x + 4)² − (x² + 16) für x = 3.

✓ Antwort: 24
(3 + 4)² = 49, 3² + 16 = 25; die Differenz ist 24. Sie ist 8x, denn das mittlere Glied fehlt in x² + 16.
Zahleneingabe #4 35s ▶ Testen

Zahlenprobe: Setze x = 2 in (x + 3)² ein. Was kommt heraus?

✓ Antwort: 25
Zahleneingabe #5 35s ▶ Testen

Zahlenprobe: Setze x = 3 in (x + 2)² ein. Was kommt heraus?

✓ Antwort: 25
Schwer
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

Multipliziere aus und setze x = 10 ein: (x + 7)(x − 7). Wie groß ist der Wert?

✓ Antwort: 51
(x + 7)(x − 7) = x² − 49; für x = 10 ist das 100 − 49 = 51.
Zahleneingabe #2 30s ▶ Testen

Ein Quadrat hat die Seite (10 − y) cm. Wie groß ist seine Fläche für y = 3 in cm²?

✓ Antwort: 49
Die Seite ist 7 cm, die Fläche 7² = 49 cm². Ausmultipliziert: 100 − 20y + y² = 100 − 60 + 9 = 49.
Zahleneingabe #3 25s ▶ Testen

Prüfe (x − 2)² = x² − 4x + 4 für x = 5. Welchen Wert hat die rechte Seite?

✓ Antwort: 9
25 − 20 + 4 = 9. Die linke Seite (5 − 2)² = 9 stimmt überein.
KI-bewertete Rechnung #4 240s ▶ Testen

Sophie behauptet: (a − 3)² = a² − 9. Widerlege das mit einem Gegenbeispiel, gib den richtigen ausmultiplizierten Term an und prüfe ihn für dieselbe Zahl. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: Gegenbeispiel a = 5: (5 − 3)² = 4, aber 5² − 9 = 16. Richtig ist die zweite Formel: (a − 3)² = a² − 6a + 9. Probe für a = 5: 25 − 30 + 9 = 4.
Für a = 5 ist (a − 3)² = 4, aber a² − 9 = 16. Richtig: a² − 6a + 9 = 25 − 30 + 9 = 4.