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Tangentengleichung aufstellen: t(x) = m · x + b

Stift:
🎧 Selbstlern-Hinweis (Phase 1): In Stunde 2 haben wir für f(x) = x² bei x₀ = 2 die Steigung m = 4 berechnet. Schiebe unten den Regler für b so lange nach links, bis die Gerade genau durch den Punkt P(2 | 4) läuft!

📐 Verschiebe-Labor: Welche Gerade mit m = 4 trifft P(2 | 4)?

👉 Verschiebe den y-Achsenabschnitt b der Geraden g(x) = 4x + b: b = 0,0
Zielpunkt auf Parabel
P(2 | 4)
Aktuelle Geradengleichung
y = 4x + 0
Probe bei x = 2:
y = 4·2 + 0 = 8 ≠ 4

🤔 Impuls 1: Warum reicht die Steigung m = 4 allein noch nicht?

Aus Stunde 2 wissen wir: Für f(x) = x² liefert die Ableitung f'(x) = 2x an der Stelle x₀ = 2 sofort die Tangentensteigung m = f'(2) = 4.

Der häufigste Irrtum: Viele schreiben jetzt einfach t(x) = 4x hin.
Schau links in den Graphen (für b = 0): Was stimmt an der Geraden y = 4x schon – und was ist noch falsch?
👉 Antippen: Beobachtung aufdecken • Die Steilheit (Steigung m = 4) stimmt bereits!
• Aber die Gerade y = 4x verläuft durch (2 | 8) statt durch unseren Berührpunkt P(2 | 4). Sie muss noch parallel verschoben werden!

🔑 Impuls 2: Welche beiden Bauteile braucht jede Gerade?

Jede Tangente ist eine lineare Funktion (Gerade) und hat deshalb die allgemeine Gleichung:

t(x) = m · x + b
1. Bauteil m (Steigung): Wie berechnen wir m?
? Antippen m = f'(x₀)
2. Bauteil b (y-Achsenabschnitt): Wo liest man b für P(2|4) ab?
? Antippen b = −4 ⇒ t(x) = 4x − 4
Überleitung zu Phase 2: Im Graphen konnten wir b = −4 durch Verschieben ablesen. Wie berechnen wir b aber ohne Zeichnung schnell und exakt?
🎧 Selbstlern-Hinweis (Phase 2): Decke die Tabelle Schritt für Schritt auf (Button „▶ Nächster Schritt“). Achte besonders auf Schritt 3a und 3b: Wir setzen x₀, y₀ und m in y₀ = m · x₀ + b ein, rechnen erst das Produkt m · x₀ aus und lösen dann nach b auf!

📋 Das 3-Schritte-Standardrezept zum Aufstellen jeder Tangentengleichung

Aufgabenstellung: Bestimme die Gleichung der Tangente t(x) = m · x + b an f(x) = x² an der Stelle x₀ = 2.
Arbeitsschritt Allgemeiner Bauplan (Für jede Funktion) Konkrete Rechnung für f(x) = x² bei x₀ = 2
1 Berührpunkt P(x₀ | y₀) berechnen
(Falls nur x₀ gegeben ist)
Setze x₀ in die Originalfunktion f(x) ein:
y₀ = f(x₀)
? Schritt 1: y₀ berechnen y₀ = f(2) = 2² = 4  ⇒  Punkt P(2 | 4)
2 Tangentensteigung m berechnen 1. Ableitungsfunktion f'(x) bilden.
2. x₀ in f'(x) einsetzen: m = f'(x₀)
? Schritt 2: Ableiten & m berechnen f'(x) = 2x  ⇒  m = f'(2) = 2 · 2 = 4
3a In Geradengleichung einsetzen
(Punkt P liegt auf der Tangente!)
Setze x₀, y₀ und m in die Gleichung ein:
y₀ = m · x₀ + b
? Schritt 3a: Zahlen einsetzen & malnehmen 4 = 4 · 2 + b  ⇒  4 = 8 + b
3b Nach b auflösen & Gleichung notieren Löse nach b auf und schreibe die fertige Gleichung t(x) = m · x + b hin.
? Schritt 3b: Nach b auflösen 4 = 8 + b  |  −8  ⇒  b = −4  ⇒  t(x) = 4x − 4
💡 Goldene Eselsbrücke für Klausuren:
• Das normale f(x) ist die „Höhen-Maschine“ (liefert den y-Wert y₀ des Punktes).
• Die Ableitung f'(x) ist die „Steigungs-Maschine“ (liefert die Steigung m der Tangente).
🎧 Selbstlern-Hinweis (Phase 3): Hier lauern die zwei wichtigsten Klausur-Besonderheiten! Links siehst du, worauf man bei negativen x-Werten (x₀ < 0) achten muss (Klammern setzen!). Rechts verbinden wir die Tangente mit dem Scheitelpunkt (m = 0).

⚠️ Stolperfalle A: Negative Stelle x₀ = −2

Aufgabe: Bestimme die Tangente an f(x) = 0,5x² + 1 an der Stelle x₀ = −2.

1. Punkt y₀: Vorsicht bei (−2)²!
? Schritt 1 y₀ = 0,5 · (−2)² + 1 = 0,5 · 4 + 1 = 3 ⇒ P(−2 | 3)
2. Steigung m: Ableiten & x₀ = −2 einsetzen
? Schritt 2 f'(x) = 1x ⇒ m = f'(−2) = −2 (fallend!)
3a. Einsetzen: Minus mal Minus bei m · x₀!
? Schritt 3a 3 = (−2) · (−2) + b ⇒ 3 = +4 + b
3b. Auflösen & Gleichung t(x):
? Schritt 3b b = 3 − 4 = −1 ⇒ t(x) = −2x − 1

⛰️ Spezialfall B: Waagerechte Tangente (m = 0)

Aufgabe: Bestimme die Tangente an f(x) = x² − 4x + 5 an der Stelle x₀ = 2.

1. Punkt y₀: x₀ = 2 in f(x) einsetzen
? Schritt 1 y₀ = 2² − 4·2 + 5 = 4 − 8 + 5 = 1 ⇒ P(2 | 1)
2. Steigung m: Ableiten & x₀ = 2 einsetzen
? Schritt 2 f'(x) = 2x − 4 ⇒ m = 2·2 − 4 = 0
3. Was passiert bei m = 0 mit t(x)?
? Schritt 3 1 = 0 · 2 + b ⇒ b = 1 ⇒ t(x) = 1 (waagerecht!)
Merke: Ist die Steigung m = 0 (am Hoch- oder Tiefpunkt), verläuft die Tangente waagerecht auf der Höhe y₀: Es gilt sofort t(x) = y₀!
🎧 Selbstlern-Hinweis (Phase 4): Rechne diese 4 Aufgaben zunächst selbst auf einem Notizblatt durch und decke danach die 4 Teilschritte zur Kontrolle einzeln auf. Klicke anschließend unten auf „🚀 Zum interaktiven Tangenten-Trainer“!

🎯 Gestuftes Tafel-Training (Erst selbst rechnen, dann Schritt für Schritt aufdecken!)

🚀 Weiter zum Tangenten-Trainer
Aufgabe 1 (Leicht)
f(x) = x² + 2    an der Stelle   x₀ = 1
1. Punkt y₀ y₀ = 3 ⇒ P(1|3)
2. Steigung m f'(x)=2x ⇒ m = 2
3. Abschnitt b 3 = 2·1 + b ⇒ b = 1
4. Tangente t(x) t(x) = 2x + 1
Aufgabe 2 (Mittel)
f(x) = x³ − 2x    an der Stelle   x₀ = 2
1. Punkt y₀ y₀ = 8−4 = 4 ⇒ P(2|4)
2. Steigung m f'(x)=3x²−2 ⇒ m = 10
3. Abschnitt b 4 = 10·2 + b ⇒ b = −16
4. Tangente t(x) t(x) = 10x − 16
Aufgabe 3 (Vorzeichen!)
f(x) = −x² + 4x    an der Stelle   x₀ = 3
1. Punkt y₀ y₀ = −9+12 = 3 ⇒ P(3|3)
2. Steigung m f'(x)=−2x+4 ⇒ m = −2
3. Abschnitt b 3 = (−2)·3 + b ⇒ b = 9
4. Tangente t(x) t(x) = −2x + 9
Aufgabe 4 (Profi: Steigung gegeben!)
An welcher Stelle x₀ hat f(x) = x² + 1 eine Tangente mit der Steigung m = 6, und wie lautet dort t(x)?
1. Stelle x₀ finden f'(x) = 2x = 6 ⇒ x₀ = 3
2. Punkt y₀ y₀ = 3² + 1 = 10 ⇒ P(3|10)
3. Abschnitt b 10 = 6·3 + b ⇒ b = −8
4. Tangente t(x) t(x) = 6x − 8