Antiproportionale Zuordnungen
Zombies helfen schneller, je mehr von ihnen bei der Ernte helfen. Das bedeutet, dass die Anzahl der Tage, die benötigt werden, um die Ernte einzubringen, umso geringer ist, je mehr Zombies mithelfen. In diesem Text kannst du mehr darüber erfahren, wie sich die antiproportionale Beziehung zwischen der Anzahl der Zombiehelfer und den benötigten Tagen auf Bert's Händefarm verhält. Bist du neugierig geworden? Dann lies weiter und entdecke spannende Einblicke!
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Grundlagen zum Thema Antiproportionale Zuordnungen
Die antiproportionale Zuordnung in der Mathematik
Der Zombie Bert ist schlau: Er weiß, dass alle Zombies immer Hunger auf Hände haben und eröffnet daher eine Händefarm. Bert weiß auch, dass die Ernte viel schneller verlaufen würde, wenn er mehr Erntehelfer hätte. Wie viel schneller genau, kann er mit einer antiproportionalen Zuordnung bestimmen. Aber was ist eine antiproportionale Zuordnung? Das wollen wir uns im Folgenden genauer anschauen.
Antiproportionale Zuordnung – Erklärung
Von anderen Zombiefarmern weiß Bert, dass zwei Zombies für ein Feld seiner Größe $12$ Tage benötigen. Vier Zombies sind schon nach sechs Tagen fertig und wenn sechs Zombies bei der Ernte helfen, sind sie bereits nach vier Tagen fertig. Wir halten diese Überlegung in einer Tabelle fest:
Zombiehelfer $(x)$ | benötigte Tage $y$ |
---|---|
$2 $ | $12 $ |
$4 $ | $ 6 $ |
$ 6 $ | $ 4 $ |
Je mehr Zombies helfen, desto weniger lange dauert die Ernte. Wenn sich die Anzahl an Helfern verdoppelt, halbiert sich die Zahl benötigter Tage. Und wenn dreimal so viele Zombies helfen, brauchen sie nur noch ein Drittel der Zeit. Man nennt diesen Zusammenhang eine antiproportionale Zuordnung. Wir können so auch weitere Wertepaare mit dem Dreisatz bestimmen. Wenn wir beispielsweise wissen wollen, wie lange Bert allein brauchen würde, gehen wir folgendermaßen vor:
Um von zwei auf eins zu kommen, müssen wir durch zwei teilen. Da es sich um eine antiproportionale Zuordnung handelt, muss der zugehörige Funktionswert mit zwei multipliziert werden. Also: $12 \cdot 2 = 24$. Allein würde Bert also $24$ Tage benötigen. Wollen wir herausfinden, wie lange fünf Erntehelfer brauchen, können wir $1 \cdot 5 = 5$ und $24 : 5 = 4,8$ rechnen. Unsere Tabelle sieht nun folgendermaßen aus:
Zombiehelfer $(x)$ | benötigte Tage $y$ |
---|---|
$ 1$ | $ 24 $ |
$ 2 $ | $ 12 $ |
$ 4 $ | $ 6 $ |
$ 5 $ | $ 4,8 $ |
$ 6 $ | $ 4 $ |
Man kann die antiproportionale Zuordnung auch an einer besonderen Eigenschaft ihrer Wertepaare erkennen: Sie sind produktgleich. Das bedeutet, dass das Produkt $x \cdot y$ immer den gleichen Wert liefert – hier ist es die $x \cdot y = 24$. Dieser Faktor heißt auch Antiproportionalitätsfaktor $p$.
Wir können die Gleichung $x \cdot y=p$ umstellen, um die Funktionsgleichung zu erhalten. Dazu teilen wir auf beiden Seiten durch $x$:
$x \cdot y = 24 ~ ~ ~ |:x$
$\Leftrightarrow y = \frac{24}{x}$
So können wir die Dauer $y$ für jede beliebige Zahl $x$ an Erntehelfern bestimmen. Nur $x=0 $ können wir nicht verwenden, weil man durch null nicht teilen darf. Wir können auch den Graphen dieser Funktion zeichnen, indem wir die Punkte in ein Koordinatensystem eintragen:
Diese Kurve nennt man eine Hyperbel.
Transkript Antiproportionale Zuordnungen
Die Zombie-Apokalypse ist im Gange... Doch nicht alle Zombies sind so dumm, wie man denkt. So wie Bert. Bert pflanzt nämlich Hände an, und verkauft seine Ernte dann später an andere hungrige Zombies. Er hat sich überlegt, dass seine Ernte einfach viel schneller erledigt werden kann, wenn er mehrere Zombies zur Hilfe anstellt. Von vorherigen Ernten weiß er, dass die Ernte mit 2 Zombies 12 Tage dauerte. Hätte er 4 Zombies, so sollte die Erntezeit die Hälfte betragen, also 6 Tage. Bei sechs Zombies würde die Ernte 4 Tage lang dauern. Bei einer Verdopplung der Zombieanzahl, hat sich die Arbeitszeit halbiert. Und so eine Art von Zuordnung nennt man eine antiproportionale Zuordnung. Bei einer Verdopplung des einen Werts halbiert sich also der andere Wert. Bei einer Verdreifachung des einen Wertes ergibt sich der dritte Teil des anderen Wertes. Eine Zuordnung heißt antiproportional, wenn dem n-fachen Wert von x der n-te Teil des Wertes von y zugeordnet wird. Wir können weitere Wertepaare mithilfe des Dreisatzes berechnen. Wir wissen, dass die Ernte mit 2 Zombies 12 Tage lang dauert. Teilen wir 2 durch 2, um auf einen Zombie zu gelangen, so müssen wir auf der anderen Seite mit 2 multiplizieren. Würde Bert die Ernte alleine durchführen, würde er also 24 Tage benötigen. Wollen wir die Erntezeit mit 5 Zombies wissen, so multiplizieren wir 1 mit 5 und teilen 24 durch 5. Mit 5 Zombies würde die Ernte also 4,8 Tage dauern. Betrachten wir die entstandene Wertetabelle nun genauer, so können wir erkennen, dass es bei antiproportionalen Zuordnungen eine weitere Besonderheit gibt. Die Werte sind produktgleich. Das Produkt x mal y ist für alle Wertepaare gleich groß. Wir nennen dieses Produkt auch Antiproportionalitätsfaktor p. In diesem Fall ergibt das Produkt von x und y immer 24. p ist in diesem Fall also 24. Stellen wir diese Gleichung um, so sehen wir, dass y gleich p durch x ist. In unserem Fall haben wir also y= 24 durch x. Mit dieser Gleichung können wir nun alle möglichen Werte herausfinden. Bei 3 Zombies würde die Erntezeit zum Beispiel nur 8 Tage betragen. Wir können uns die Wertepaare nun zur Hilfe nehmen, um den Graphen der Zuordnung in ein Koordinatensystem einzuzeichnen. Auf der x-Achse haben wir die Anzahl der Zombies und auf der y-Achse die Zeit in Tagen. Tragen wir die verschiedenen Punkte nun ein so sehen wir was für eine Form der Graph der Zuordnung hat. Diese Art des zugehörigen Graphens heißt Hyperbel. Während die Ernte stattfindet, fassen wir zusammen. Eine Zuordnung heißt antiproportional, wenn dem n-fachen Wert von x der n-te Teil des Wertes von y zugeordnet wird. Wenn sich also der x-Wert verdoppelt, so halbiert sich der y-Wert und umgekehrt. Fehlende Werte kann man mit dem Dreisatz berechnen. Das Produkt x mal y ist für alle Wertepaare gleich groß. Wir nennen es Antiproportionalitätsfaktor p. Stellen wir diese Gleichung nach y um, so können wir alle weiteren Werte berechnen. Tragen wir die Punkte der Zuordnung in ein Koordinatensystem ein, so sehen wir, dass sich der Graph in der Form einer Hyperbel ergibt. Schauen wir doch mal, ob die anderen Zombies Bert gut helfen können. Na das sind ja tolle helfende Hände.
Antiproportionale Zuordnungen Übung
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Beschreibe die Zuordnung.
TippsNimmt der Wert von $y$ im gleichen Maß ab, wie der Wert von $x$ zunimmt, so stehen $x$ und $y$ in einer antiproportionalen Zuordnung.
Mit dem Dreisatz kannst du ausrechnen, wie lange die Ernte für $7$ Helfer dauert, wenn du weißt, wie lange $3$ Helfer dafür brauchen.
Multiplizierst du die Anzahl der Helfer mit der Dauer der Ernte, so erhältst du immer denselben Wert $p$. Denn wenn sich die Zahl der Helfer verdoppelt, halbiert sich gleichzeitig die Dauer.
LösungDie Dauer der Ernte hängt von der Anzahl der Helfer ab: Je mehr Helfer es sind, desto kürzer ist die Erntedauer. Genauer gesagt, ist die Erntedauer zur Anzahl der Helfer antiproportional. Das bedeutet: Wenn sich die Anzahl der Helfer verdoppelt, halbiert sich zugleich die Dauer der Ernte.
Brauchen $2$ Arbeiter für eine Arbeit $12$ Tage, so genügen für $4$ Arbeiter bereits $6$ Tage. Sechs Arbeiter sind dreimal so viel wie zwei Arbeiter. Daher brauchen sechs Arbeiter für dieselbe Arbeit nur ein Drittel der Zeit von zwei Arbeitern.
Allgemeiner verkürzt sich die Arbeitsdauer bei einer beliebigen Zahl von $n$ Arbeitern auf das $\frac{1}{n}$-fache der Dauer für einen einzigen Arbeiter. Ausgehend von einem bekannten Wertepaar für die Anzahl der Arbeiter und der Dauer der Arbeit kannst du mithilfe des Dreisatzes die Dauer für jede andere Zahl von Arbeitern ausrechnen: Multipliziert er die Arbeitsdauer für $2$ Arbeiter mit $2$, so findet er die Dauer derselben Arbeit für einen Arbeiter. Dividiert er diesen Wert durch die Anzahl $n$ der Arbeiter, so findet er die Arbeitsdauer für $n$ Arbeiter.
Diesen Zusammenhang kannst du auch mit dem Antiproportionalitätsfaktor $p$ formulieren: Das Produkt aus der Arbeiterzahl und der Arbeitsdauer ist immer gleich. Für verschiedene zugehörige Paare $(x|y)$ von Anzahl $x$ der Arbeiter und Dauer $y$ der Arbeit ist also $p = x \cdot y$ konstant.
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Vervollständige die Sätze.
TippsDrei Arbeiter brauchen für dieselbe Arbeit dreimal so lange wie neun Arbeiter.
Die Dauer $y$ für $x$ Arbeiter kannst du mithilfe des Antiproportionalitätsfaktors bestimmen.
Wenn $x=7$ Arbeiter $y=10$ Stunden für eine Arbeit brauchen, so ist $p = x \cdot y = 70$.
LösungBei einer antiproportionalen Zuordnung wird der Wert $x$ eines Wertepaares $(x|y)$ um denselben Faktor größer wie der Wert $y$ kleiner wird. Dieser konstante Faktor heißt Antiproportionalitätsfaktor $p$. Es ist daher $p = x \cdot y$ für ein Wertepaar $(x|y)$ einer antiproportionalen Zuordnung konstant. Mit diesen Überlegungen findest du die folgenden korrekten Sätze:
- Verdoppelt sich der Wert für $x$, ... so halbiert sich der Wert für $y$.
- Halbiert sich der Wert für $x$, ... so verdoppelt sich der Wert für $y$.
- Multipliziert man die Werte für $x$ und $y$, ... so erhält man den Antiproportionalitätsfaktor $p$.
- Dividiert man den Antiproportionalitätsfaktor $p$ durch $x \neq 0$, ... so erhält man den zugehörigen Wert $y$.
- Dividiert man den Antiproportionalitätsfaktor $p$ durch $y \neq 0$, ... so erhält man den zugehörigen Wert $x$ zurück.
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Erschließe die Punkte im Koordinatensystem.
TippsDie Antiproportionalitätskonstante $p$ entspricht dem Pauschaulpreis für den Flughafen.
Für jeden Punkt $(x|y)$ der Zuordnung gilt $x \cdot y = p$.
Der Punkt $(x|y)=(1|5)$ gehört nicht zum Graphen der Zuordnung, da für diesen Punkt gilt:
$x\cdot y = 5 \neq 6$.
LösungDa die Gesamtkosten des Tunnelbaus konstant sind, ist die Relation zwischen den monatlichen Baukosten und der Dauer des Baus in Monaten eine antiproportionale Zuordnung. Der Antiproportionalitätsfaktor $p$ ist identisch mit den Gesamtkosten von $6$ Millionen €. Jedes passende Paar aus der Gesamtbauzeit $x$ (in Monaten) und den monatlichen Kosten $y$ (in Millionen Euro pro Monat) ergibt den Wert $p = 6$ Millionen €. Alle Punkte $(x|y)$ mit $x \cdot y = p$ gehören zu dieser antiproportionalen Zuordnung und müssen markiert werden. Alle Punkte $(x|y)$ mit $x \cdot y \neq p$ gehören nicht dazu. Punkte $(x|y)$ mit $x \cdot y > p$ sollten die Bauträger hellhörig machen, denn hierbei sind die Gesamtkosten höher als in der Pauschale $p$ vereinbart. Punkte $(x|y)$ mit $x \cdot y < p$ sind ein Schnäppchen für die Stadt, denn hierbei liegen die tatsächlichen Gesamtkosten unter dem vereinbarten Pauschalpreis.
Folgende Punkte im Diagramm gehören zu der antiproportionalen Zuordnung mit dem Antiproportionalitätsfaktor $p = 6$:
$(1|6)$, $(1,5|4)$, $(2|3)$, $(3|2)$, $(4|1,5)$, $(6|1)$
Alle anderen Punkte $(x|y)$ gehören nicht zu der Zuordnung, denn für sie ist $x \cdot y \neq 6$.
Im Bild siehst du die korrekten Punkte der antiproportionalen Zuordnung mit $p = 6$. Sie liegen alle auf der Hyperbel, die durch die Gleichung $x \cdot y = 6$ bestimmt wird.
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Bestimme die Wertepaare.
TippsDer Antiproportionalitätsfaktor $p$ ist das Produkt aus zwei zueinander gehörenden Werten $x$ und $y$.
Die Wertepaare $(2|10)$ und $(4|12)$ gehören nicht zu derselben antiproportionalen Zuordnung, da sie verschiedene Antiproportionalitätsfaktoren ergeben.
LösungBei einer antiproportionalen Zuordnung der Werte $x$ und $y$ ist das Produkt $p = x \cdot y$ konstant. Diese Konstante heißt Antiproportionalitätsfaktor. Du kannst die Wertepaare dem passenden Antiproportionalitätsfaktor zuordnen, indem du sie multiplizierst. Du erhältst dann folgende Zuordnung:
$p=85$:
- $x=2,5$, $y=34$, denn $2,5 \cdot 34 = 85$.
- $x=10$, $y=8,5$, denn $10 \cdot 8,5 = 85$.
- $x=4,25$, $y=20$
- $x=17$, $y=5$
- $x=16$, $y=6,25$, denn $16 \cdot 6,25 = 100$.
- $x=25$, $y=4$, denn $25 \cdot 4 = 100$.
- $x=8$, $y=12,5$
- $x=125$, $y=0,8$
$p=60$
- $x=12$, $y=5$, denn $12 \cdot 5 = 60$.
- $x=8$, $y=7,5$, denn $8 \cdot 7,5 = 60$.
- $x=0,75$, $y=80$
- $x=2,5$, $y=24$
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Bestimme die Zahlen.
TippsZwei Arbeiter brauchen für dieselbe Arbeit halb so viel Zeit wie einer alleine.
Braucht $x=1$ Arbeiter $y=24$ Tage, so ist $p = 1 \cdot 24 = 24$. Du kannst die Gleichung $x \cdot y = 24$ nach $x$ oder nach $y$ auflösen, um weitere Werte auszurechnen.
Für den Wert $y = 10$ findest du $x = \frac{24}{10} = 2,4$.
LösungZwei Arbeiter brauchen für dieselbe Arbeit nur halb so viel Zeit wie ein Arbeiter allein und sie brauchen doppelt so lange wie vier Arbeiter. Solche Zuordnungen wie die zwischen der Anzahl der Arbeiter und der Arbeitsdauer heißen antiproportional.
Braucht $1$ Arbeiter $24$ Tage, so schaffen zwei Arbeiter dieselbe Arbeit in der halben Zeit, also in $12$ Tagen. Vier Arbeiter sind doppelt so viele wie zwei Arbeiter. Sie brauchen daher nur halb so viel Zeit, also $6$ Tage.
Das Produkt aus der Anzahl $x$ der Arbeiter und der Dauer $y$ der Arbeit ist konstant. Man nennt $p = x \cdot y$ den Antiproportionalitätsfaktor. Diese Gleichung kannst du nach $x$ oder $y$ auflösen, um jeden fehlenden Wert zu berechnen.
Mit $x= 1$ und $y = 24$ findest du $p = 24$. Für den Wert $y = 4,8$ kannst du also $x = \frac{24}{4,8} = 5$ ausrechnen. Analog erhältst du für $x = 6$ Arbeiter die Dauer $y = \frac{24}{6} = 4$ Tage. Das ist richtig, denn $6$ Arbeiter sind dreimal so viele wie $2$ Arbeiter und brauchen daher nur ein Drittel von $12$ Tagen.
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Ermittle die fehlenden Werte.
Tipps$5$ Arbeiterinnen und Arbeiter brauchen bei $5$ Stunden täglicher Arbeit insgesamt $40$ Tage.
Hier liegt eine antiproportionale Zuordnung vor. Je mehr Arbeiterinnen und Arbeiter bei der Fertigstellung des Dachs beteiligt sind, desto schneller ist es konstruiert. Zweimal mehr Arbeiterinnen und Arbeiter haben das Dach in der Hälfte der Zeit bei gleicher täglicher Arbeitszeit fertiggestellt.
Der Antiproportionalitätsfaktor berechnet sich auch bei drei Werten stets aus dem Produkt aller zugehörigen Werte und ist konstant.
$x \cdot y \cdot z = p$
LösungIn der folgenden Tabelle steht $P$ für die beteiligten Personen, also die Anzahl an Arbeiterinnen und Arbeitern, $h$ steht für tägliche Anzahl an Arbeitsstunden pro Arbeiterin und Arbeiter und $d$ steht für die Anzahl an benötigen Tagen zur Fertigstellung.
$ \begin{array}{c|c|c} P&h&d\\ \hline 10&5&20\\ \hline 10&10&10\\ \hline 5&2&100\\ \hline 5&5&40\\ \hline 25&8&5 \end{array}$
In der Tabelle lassen sich die Anzahl an Arbeiterinnen und Arbeitern, täglicher Arbeitszeit und benötigten Tagen ablesen. Auch bei dieser zusammengesetzten Variante der Zuordnung handelt es sich um eine antiproportionale Zuordnung mit einem konstanten Antiproportionalitätsfaktor $p$. In diesem Fall ist $P \cdot h \cdot d = p = 1000$.
Auch diese Formel lässt sich nach einer Variablen umstellen. Es gilt beispielsweise $h = \dfrac{p}{P \cdot d}$
Im zweiten Abschnitt ist die Anzahl an Tagen gesucht, die $5$ Arbeiterinnen und Arbeiter bei täglich $2$ Stunden Arbeit für die Fertigstellung des Dachs benötigen. Für $p=1000$ lässt sich also rechnen:
$ \begin{array}{rcc} d&=&\dfrac{1000}{5 \cdot 2}\\ &=&100 \end{array}$
Analog dazu lassen sich alle anderen fehlenden Werte berechnen.
Proportionale Zuordnungen
Antiproportionale Zuordnungen
Proportionalitätsfaktor und Antiproportionalitätsfaktor
Direkte Proportionalität
Von der Wertetabelle zur Gleichung
Graphen proportionaler Zuordnungen
Proportionale Zuordnungen mit negativer Steigung
Proprotionale Zuordnungen vergleichen
Proportionale Zuordnungen erkennen
Antiproportionale Zuordnungen erkennen
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Danke
Gutes Video!
Das mit den Zombies ist cool!
Gutes Video weiter so hat mir sehr viel geholfen (•—•)👍
Sehr hilfreich!
Hey...mit was bezahlt Zombies?