Rückwärts erkennen

Recognising backwards

Mathematik Klasse 7 21 Aufgaben
AlgebraBinomische FormelnFaktorisieren

Die Formeln werden rückwärts gelesen: x² + 10x + 25 ist ein Quadrat, weil x² und 25 = 5² Quadrate sind und die Mitte 2 · x · 5 passt; x² − 49 ist Quadrat minus Quadrat und wird (x + 7)(x − 7). Der Abschnitt räumt aus, dass jeder Term mit zwei Quadraten eine binomische Formel sei (x² + 9, x² + 10x + 16, Arcavi 1994) und dass x² − 9 = (x − 3)² gelte, und zeigt das Ergänzen zum Quadrat. Er bereitet das Kürzen von Bruchtermen (M8), die quadratische Ergänzung und die Scheitelform (M9) vor.

Das Quadrat einer Summe erkennen

Die Formeln lassen sich rückwärts lesen. x² + 10x + 25 ist ein Quadrat, wenn zwei Dinge passen: x² und 25 = 5² sind Quadrate, und die Mitte ist das Doppelte des Produkts, 2 · x · 5 = 10x. Dann gilt x² + 10x + 25 = (x + 5)². Bei x² + 10x + 16 passt die Mitte nicht: 2 · x · 4 = 8x. Prüfe immer beide Quadrate und die Mitte, bei jedem Term genau auf dieselbe Weise.

Prüfung: x² + 10x + 25 hat die Quadrate x² und 25 = 5², und die Mitte 10x = 2 · x · 5 passt, also (x + 5)². Bei x² + 10x + 16 passt die Mitte nicht: 2 · x · 4 = 8x, nicht 10xx² + 10x + 25= (x + 5)²x²✓25 = 5²✓2 · x · 5 = 10x✓x² + 10x + 16kein Quadratx²✓16 = 4²✓2 · x · 4 = 8x✗
Zwei Quadrate und die passende Mitte: erst dann ist es (x + 5)².

Quadrat minus Quadrat, Quadrat ergänzen

x² − 49 ist ein Quadrat minus ein Quadrat, denn 49 = 7². Nach der dritten Formel gilt x² − 49 = (x + 7)(x − 7). Bei der Summe x² + 49 klappt das nicht. Gibt es einen gemeinsamen Faktor, klammere ihn zuerst aus: 2x² − 18 = 2(x² − 9) = 2(x + 3)(x − 3). Auch 4x² − 25 gehört dazu, denn es ist (2x)² − 5².

Bei x² + 8x fehlt die Ecke. Die halbe Zahl bei x ist 4, ihr Quadrat 16: x² + 8x + 16 = (x + 4)². Im Bild hat das Quadrat x² zwei Streifen b · x und braucht noch die Ecke b². Dieser Trick heißt später quadratische Ergänzung. Für x² + 6x ist die fehlende Ecke 3² = 9.

Verändere x und b. Welche Ecke fehlt zum Quadrat (x + b)²?
Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Welcher Term ist das Quadrat einer Summe?

  • ● x² + 12x + 36
  • ○ x² + 6x + 36
  • ○ x² + 36
x² + 12x + 36 = (x + 6)²: 36 = 6² und 2 · x · 6 = 12x. Bei x² + 6x + 36 passt die Mitte nicht, x² + 36 hat gar keine.
Multiple Choice #2 20s ▶ Testen

Schreibe x² + 8x + 16 als Quadrat.

  • ● (x + 4)²
  • ○ (x + 8)²
  • ○ (x + 4)(x − 4)
x² + 8x + 16: 16 = 4² und 2 · x · 4 = 8x, also (x + 4)². (x + 8)² hat die Mitte 16x, (x + 4)(x − 4) ist x² − 16.
Wahr / Falsch #3 15s ▶ Testen

x² + 9 = (x + 3)²

✓ Falsch
Falsch: (x + 3)² = x² + 6x + 9, das mittlere Glied fehlt. Für x = 1 ist (1 + 3)² = 16, aber 1² + 9 = 10.
Wahr / Falsch #4 15s ▶ Testen

4x² + 12x + 9 = (2x + 3)²

✓ Wahr
(2x)² = 4x², 3² = 9 und 2 · 2x · 3 = 12x: Es passt.
Multiple Choice #5 20s ▶ Testen

Zerlege x² − 64 in ein Produkt.

  • ● (x + 8)(x − 8)
  • ○ (x − 8)²
  • ○ (x + 8)²
64 = 8², also Quadrat minus Quadrat: (x + 8)(x − 8). (x − 8)² = x² − 16x + 64 und (x + 8)² = x² + 16x + 64 haben ein mittleres Glied.
Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Welche Differenz lässt sich mit der dritten Formel in ein Produkt zerlegen?

  • ● y² − 81
  • ○ y² + 81
  • ○ y² − 18
y² − 81 = y² − 9² = (y + 9)(y − 9). y² + 81 ist eine Summe von Quadraten, y² − 18 keine Differenz zweier Quadrate.
Wahr / Falsch #7 15s ▶ Testen

x² + 25 = (x + 5)(x − 5)

✓ Falsch
Falsch: (x + 5)(x − 5) = x² − 25. Eine Summe von Quadraten lässt sich so nicht zerlegen.
Multiple Choice #8 20s ▶ Testen

Welche Zahl ergänzt x² + 6x + ___ zu einem Quadrat?

  • ● 9
  • ○ 6
  • ○ 36
Die halbe Zahl bei x ist 3, ihr Quadrat 9: x² + 6x + 9 = (x + 3)². 6 schreibt die Zahl nur ab, 36 quadriert die ganze Zahl statt der Hälfte.
Multiple Choice #9 20s ▶ Testen

Das Quadrat x² und zwei Streifen 5x liegen vor. Wie groß ist die fehlende Ecke (Fläche)?

  • ● 25
  • ○ 10
  • ○ 5
Die Ecke ist ein Quadrat mit der Seite 5: 5 · 5 = 25. 10 ist 2 · 5, 5 nur die Seitenlänge.
Wahr / Falsch #10 15s ▶ Testen

x² + 4x + 4 = (x + 2)²

✓ Wahr
4 = 2² und 2 · x · 2 = 4x: Es passt, die halbe Zahl bei x ist 2.
Wahr / Falsch #11 25s ▶ Testen

Ist x² − 10x + 25 dasselbe wie (x − 5)²?

✓ Ja
Wahr / Falsch #12 25s ▶ Testen

Ist x² − 14x + 49 dasselbe wie (x − 7)²?

✓ Ja
Mittel
Zahleneingabe #1 20s ▶ Testen

Es gilt x² + 14x + 49 = (x + b)². Wie groß ist b?

✓ Antwort: 7
49 = 7² und 2 · x · 7 = 14x, also b = 7.
Lückentext #2 20s ▶ Testen

Ergänze: x² − 36 = (x + 6)(x − ___)

✓ Antwort: 6
36 = 6²: x² − 36 = (x + 6)(x − 6).
Zahleneingabe #3 20s ▶ Testen

Es gilt x² + 12x + ___ = (x + 6)². Ergänze die fehlende Zahl.

✓ Antwort: 36
Die halbe Zahl bei x ist 6, ihr Quadrat 36.
Zahleneingabe #4 35s ▶ Testen

x² + 8x + □ = (x + 4)². Was gehört in die Lücke?

✓ Antwort: 16
Zahleneingabe #5 35s ▶ Testen

x² + 12x + □ = (x + 6)². Was gehört in die Lücke?

✓ Antwort: 36
Schwer
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

Ein quadratisches Feld hat die Fläche x² + 20x + 100 (in m²), das ist (x + 10)². Wie lang ist seine Seite für x = 5 in m?

✓ Antwort: 15
Die Seite ist x + 10 = 15 m. Zur Probe: 225 = 25 + 100 + 100.
Zahleneingabe #2 30s ▶ Testen

Berechne 75² − 25² mit (75 + 25)(75 − 25).

✓ Antwort: 5000
100 · 50 = 5000. Zur Probe: 75² − 25² = 5625 − 625 = 5000.
Zahleneingabe #3 35s ▶ Testen

Es gilt x² + 20x + 90 = (x + 10)² + r. Wie groß ist r?

✓ Antwort: -10
(x + 10)² = x² + 20x + 100. Der Term x² + 20x + 90 ist um 10 kleiner: r = 90 − 100 = −10.
KI-bewertete Rechnung #4 240s ▶ Testen

Zerlege 9x² − 16 und 4x² + 20x + 25 in Produkte. Schreibe auf, welche Formel du erkennst und was a und b sind, und prüfe beide Ergebnisse durch Ausmultiplizieren. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: 9x² − 16 = (3x)² − 4²: dritte Formel mit a = 3x, b = 4, also (3x + 4)(3x − 4). Probe: 9x² − 12x + 12x − 16 = 9x² − 16. 4x² + 20x + 25 = (2x)² + 2 · 2x · 5 + 5²: erste Formel mit a = 2x, b = 5, also (2x + 5)². Probe: 4x² + 20x + 25.
Dritte Formel: (3x + 4)(3x − 4). Erste Formel: (2x + 5)². Beide durch Ausmultiplizieren geprüft.