Station 1Die Kanonenkugel im Blitzlicht
Eine Kugel fliegt durch die Luft. In gleichen Zeitabständen blitzt ein Licht und hält ihre Lage fest. Wie wachsen die Abstände nach unten, wenn du vom höchsten Punkt aus zählst?
Die Wurfbahn ist eine Parabel
Waagrecht kommt die Kugel in jedem Zeitschritt gleich weit. Senkrecht fällt sie vom Scheitel aus um 1, 4, 9, 16 … kleine Einheiten – wie die Quadratzahlen.Legst du den Ursprung in den Scheitel, heißt das: Nach k Schritten ist x = k · Schritt und y = −k² · Einheit. Also ist y immer dieselbe Zahl mal x²: y = −a · x² (a hängt von Wurfgeschwindigkeit und Winkel ab).
Probier auch die Winkel aus: Ohne Luftwiderstand fliegt die Kugel bei 45° am weitesten. Das hat schon Niccolò Tartaglia im 16. Jahrhundert durch Probieren herausgefunden.
Station 2Die Parabel verschieben – die Gleichung wandert mit
Die Normalparabel y = x² wird um 3 nach rechts geschoben. Welche Gleichung hat sie dann?
Scheitelform y = a(x − d)² + e
Der Scheitel liegt bei S(d | e). Achtung, Falle: Nach rechts verschoben heißt minus in der Klammer – bei x = d wird die Klammer null.a sagt, wie die Parabel geöffnet ist: a > 0 nach oben, a < 0 nach unten; |a| > 1 schmaler, |a| < 1 breiter als die Normalparabel. Ein Schritt vom Scheitel weg geht es um a nach oben (oder unten), zwei Schritte um 4a, drei um 9a.
Ausmultipliziert entsteht die Normalform y = ax² + bx + c. Rückwärts kommst du mit der quadratischen Ergänzung (Harmonisierung) wieder zur Scheitelform.
Station 3Nullstellen sind Lösungen
Eine Parabel y = x² + px + q schneidet die x-Achse bei 1 und bei 5. Wo liegt ihr tiefster Punkt?
Gleichung und Parabel erzählen dasselbe
Die Lösungen der Gleichung x² + px + q = 0 sind genau die Nullstellen der Parabel y = x² + px + q.Die Parabel ist symmetrisch: Der Scheitel liegt genau in der Mitte der Nullstellen, bei x = −p : 2. Der y-Achsenabschnitt ist q = x₁ · x₂ – das ist der Satz von Vieta, diesmal als Bild.
Kennst du die Nullstellen, kannst du die Parabel sofort hinschreiben: y = (x − x₁)(x − x₂) (Linearfaktorform).
Station 4Ein Punkt, eine Linie – und eine Spur
P soll immer gleich weit vom Punkt F und von der Linie L entfernt sein. Welche Spur hinterlässt P?
Brennpunkt und Leitlinie
Alle Punkte, die von F und von L gleich weit entfernt sind, liegen auf einer Parabel. Liegt der Scheitel im Ursprung, F bei (0 | f) und L bei y = −f, gilt √(x² + (y − f)²) = y + f → y = x² : (4f)Für die Normalparabel y = x² ist f = 1/4. Und die Lichtstrahlen zeigen, woher der Name Brennpunkt kommt: Ein Parabolspiegel lenkt alle senkrecht einfallenden Strahlen genau nach F. So funktionieren Satellitenschüsseln, Solarkocher und – umgekehrt – Scheinwerfer.
Apollonios gibt der Parabel ihren Namen belegt
Station 5Drei Punkte, eine Parabel
Durch zwei Punkte geht genau eine Gerade. Geht durch drei beliebige Punkte immer genau eine Parabel?
Drei Punkte – drei Gleichungen
Jeder Punkt (x | y) liefert eine Gleichung a·x² + b·x + c = y. Drei Punkte geben drei Gleichungen für die drei Unbekannten a, b, c – ein lineares Gleichungssystem.Es gibt genau eine Parabel, wenn die drei x-Werte verschieden sind. Ausnahmen: Zwei Punkte liegen senkrecht übereinander (dann gibt es keine Funktion), oder alle drei liegen auf einer Geraden (dann wird a = 0 – keine Parabel mehr).
Scheitelform und Normalparabel
1 Schritt → 1 hoch, 2 → 4, 3 → 9
Scheitel S(d | e)
|a| > 1 schmaler, |a| < 1 breiter
Nullstellen x₁, x₂, Scheitel in der Mitte
Zwischen Normalform und Scheitelform
= x² + bx + (b : 2)² − (b : 2)² + c
= (x + b : 2)² + c − (b : 2)²
(pq-Formel oder Harmonisierung)
alles auf eine Seite, lösen
Werkzeuge für Experten
Brennweite f = x² : (4y) für einen Punkt (x | y)
Knorz – eine Denkfigur
Nur eine Figur und eine Frage. Kein Text, kein Formelname – was siehst du?
Hilfe 1 – Denk-Baustein
Was sagt die Figur? Was sagt dir die gestrichelte Linie durch den tiefsten Punkt, ohne dass es dasteht? Was passiert, wenn du die Kurve an ihr spiegelst?Hilfe 2 – Schlüsselschritt
Die Parabel ist symmetrisch zur gestrichelten Linie bei 5. Die linke Nullstelle liegt 3 links davon.Hilfe 3 – Lösung
5 − 2 = 3, also liegt die andere Nullstelle 3 rechts von 5: x = 8.Mit Vieta-Blick: Die Mitte der Nullstellen ist (2 + 8) : 2 = 5 ✓
Hilfe 1 – Denk-Baustein
Was sagt die Figur? Die rote Strecke liegt waagrecht und die Kurve ist symmetrisch zur y-Achse. Wie weit ist jeder Endpunkt von der y-Achse entfernt?Hilfe 2 – Schlüsselschritt
Jeder Endpunkt liegt 6 : 2 = 3 von der y-Achse entfernt, also bei x = 3 bzw. x = −3. Seine Höhe liefert y = x².Hilfe 3 – Lösung
y = 3² = 9, also x = 9 (die gesuchte Höhe).Hilfe 1 – Denk-Baustein
Was sagt die Figur? Wo würdest du das Koordinatenkreuz hinlegen, damit die Gleichung des Bogens möglichst einfach wird? Wo liegen dann die Ecken des Rechtecks?Hilfe 2 – Schlüsselschritt
Ursprung in die Mitte am Boden: Der Bogen ist y = 8 − a·x² und geht durch (4 | 0). Daraus folgt a. Die oberen Rechteckecken liegen bei x = 2 auf dem Bogen.Hilfe 3 – Lösung
0 = 8 − a · 16, also a = 1/2 und y = 8 − x² : 2.Bei x = 2: y = 8 − 4 : 2 = 6, also x = 6.
Ohne Gleichung: Halb so weit von der Mitte heißt ¼ der Absenkung (Quadratzahlen!): 8 − 8 : 4 = 6.