Kernwerk · Mathe ohne Magie · Klasse 8

Binomische Formeln

Ausmultiplizieren, Ausklammern, Binome. Eine Bewegung in zwei Richtungen. Alles, was du für die Arbeit brauchst, auf einer Seite.

01

Vorstellen

Bevor gerechnet wird: Was ist das hier überhaupt? Ein Term kann zwei Formen haben. Alles auf dieser Seite wechselt zwischen diesen beiden Formen hin und her, ohne dass sich der Wert ändert.

Produkt(x + 3)(x + 2)
zuletzt Mal
ausmultiplizieren →← faktorisieren
Summex² + 5x + 6
zuletzt Plus
Form ändern, Wert bewahren. Jede Umformung hier ist erlaubt, weil der Wert gleich bleibt. Das kannst du immer mit einer Probe prüfen.

Die drei SchablonenBinomische Formeln

1. Formel · Plus(a + b)² = a² + 2ab + b²
2. Formel · Minus(a − b)² = a² − 2ab + b²
3. Formel · Plus-Minus(a + b)(a − b) = a² − b²

a und b sind Boxen. In eine Box darf alles hinein: x, 5x, 0,4x, xy⁴. Die Schablone bleibt immer gleich.

OperationenDer Werkzeugkasten

AufgabentypenWas in der Arbeit kommt

P1„Berechne“, „Wende eine binomische Formel an“, „Forme in eine Summe um“Produkt → Summe · W6W3W4
P2„Faktorisiere so weit wie möglich“, „Forme in ein Produkt um“Summe → Produkt · W2W7W9
P3„Vervollständige zu einem Binom“Lücke füllen · W8
P4„Vereinfache“mehrere Binome, Minus vor Klammern · W10W6W4
P5„Ergänze, sodass beide Seiten äquivalent sind“Lückenrätsel · W7W6 · Transfer
P6„Ordne die Terme nach Gruppen“Erkennen · 0304
P7„Rechne im Kopf“Zahlen als Binome · Transfer
P8„Zeige, dass …“ (Fläche oder Ausmultiplizieren)Beweisen · W3 · Transfer
02

Erklären

Jedes Werkzeug als Animation. Ein Schritt, eine Bewegung, nichts versteckt. Antippen oder Pfeiltaste → für den nächsten Schritt.

W1 · VerteilenFaktor mal Klammer

a · (b + c) = a · b + a · c. Der Faktor vor der Klammer geht an jeden Summanden.

W2 · AusklammernDas Gemeinsame nach vorn

Ausklammern ist Verteilen rückwärts. Zuerst immer schauen: Steckt in jedem Summanden etwas Gemeinsames? Das kommt zuerst raus.

W3 · Jeder mit jedemKlammer mal Klammer

Jeder Summand der ersten Klammer mal jeder Summand der zweiten. 2 · 2 = 4 Felder. Das funktioniert immer, auch wenn keine Schablone passt.

W4 · ZusammenfassenGleiche Sorten addieren

Nur Summanden mit gleichen Buchstaben und gleichen Hochzahlen sind die gleiche Sorte. Nur die darf man zusammenfassen.

Gleiche Sorte ✓2x + 3x = 5x−ab + ab = 00,25x² − 9x² = −8,75x²
Andere Sorte ✗x² + x bleibtxy + y bleibta² + b² bleibt
Zuerst nur die Sorte vergleichen, die Zahl davor ist egal. 3x² + 4x ≠ 7x³

W5 · MaterialQuadrieren und Wurzel

Quadrieren heißt mal sich selbst. Bei einem Produkt wird jeder Faktor quadriert:

(3x)² = 3x · 3x = 9x²  ·  (0,4x)² = 0,16x²  ·  (13y)² = 19y²  ·  (xy⁴)² = x²y⁸

Rückwärts fragst du: Was mal sich selbst ergibt das? Zahl und Buchstaben getrennt: 49y² → 7y, 6,25 → 2,5, x²y⁸ → xy⁴ (Hochzahl halbieren).

Ein Quadrat ist nur möglich, wenn die Zahl eine Quadratzahl ist und alle Hochzahlen gerade sind. 8x² ist kein Quadrat, x³ auch nicht.

W6 · Binom vorwärtsDie drei Schablonen, hergeleitet

Jede binomische Formel ist nur W3 Jeder mit jedem plus W4 Zusammenfassen. Die Formel ist die Abkürzung.

Die größte Falle: (a + b)² ≠ a² + b². Der Mischterm 2ab fehlt sonst. Probe mit a = 3, b = 4: (3 + 4)² = 49, aber 9 + 16 = 25.

W7 · Binom rückwärtsSumme → Produkt

Drei Summanden (1. oder 2. Formel): Zwei davon müssen Quadrate mit Plus sein. Der dritte muss genau 2 · a · b sein. Sein Vorzeichen entscheidet: Plus → (a + b)², Minus → (a − b)².

Zwei Summanden (3. Formel): Beide Quadrate, Minus dazwischen → a² − b² = (a + b)(a − b).

a² + b² (Plus dazwischen) lässt sich nicht zerlegen. Und wenn der Mischterm nicht 2ab ist, ist es kein Binom.

W8 · ErgänzenDas fehlende Stück finden

a aus dem Quadrat, b aus dem Mischterm: b = Mischterm : (2 · a). Das fehlende Stück ist b².

W9 · KettenErst ausklammern, dann Binom

Oft passt eine Schablone erst, nachdem der gemeinsame Faktor raus ist. Reihenfolge: 1. Ausklammern, 2. Binom erkennen, 3. Prüfen, ob in einer Klammer noch etwas steckt.

W10 · VorrangVereinfachen ohne Chaos

Reihenfolge: ① Binome in Nebenrechnung ausrechnen. ② Ergebnis in Klammern zurückschreiben. ③ Faktor oder Minus vor der Klammer verteilen. ④ Gleiche Sorten zusammenfassen.

Ein Minus vor der Klammer dreht jedes Vorzeichen in der Klammer. Darum bleibt die Klammer stehen, bis das Binom fertig ist.

W11 · ProbePrüfen ohne Lehrer

Setze eine Zahl ein, links und rechts. Kommt dasselbe heraus, stimmt die Umformung (fast sicher). Nimm keine 0 oder 1, die verstecken Fehler.

x = 3:  (x − 4)² = (−1)² = 1  und  x² − 8x + 16 = 9 − 24 + 16 = 1 ✓

Rückwärts geht es auch: Ein Produkt wieder ausmultiplizieren. Dann muss der Term vom Anfang herauskommen.

03

Erkennen

Bevor du rechnest, stellst du drei Fragen. Die Antworten sagen dir, welches Werkzeug passt.

FRAGE 1Was passiert zuletzt: Mal (Produkt) oder Plus/Minus (Summe)?
FRAGE 2Welche Schablone passt? Je nach Form schaust du links oder rechts.

Produkt → ausmultiplizieren

Eine Klammer hoch 2?
Vorzeichen innen gleich → 1. Formel, verschieden → 2. Formel(5x − 7)² → 2.
Zwei Klammern mit denselben Teilen, nur ein Vorzeichen anders?(6 − 3x)(3x + 6) → 3.
Sonst: jeder mit jedem (W3)(7a − 3)(3a − 7) → W3
Faktor oder Minus davor? Binom zuerst, Klammer bleibt (W10)

Summe → faktorisieren

Steckt in jedem Summanden etwas Gemeinsames? Zuerst ausklammern (W2)4x² − 64 → 4(x² − 16)
Zwei Summanden, beide Quadrate, Minus dazwischen?a² − 25 → 3.
Drei Summanden, zwei Quadrate mit Plus, Mischterm = 2ab?4x² + 8x + 4 → 1.
Sonst: keine Schablone. Der Term bleibt so.a² + b² → bleibt
FRAGE 3Ist es so weit wie möglich? Steckt in einer Klammer noch etwas Gemeinsames oder ein Binom?

VerkleidungenGleiche Schablone, anderes Kostüm

(−x − 9)²=(x + 9)²Minus mal Minus ist Plus. Beim Quadrat dürfen beide Vorzeichen kippen.
(−3x + 7)²=(7 − 3x)²Tauschen: Plus-Summand nach vorn. Dann sieht man die 2. Formel.
(0,5 + x)(x − 0,5)=(x + 0,5)(x − 0,5)Reihenfolge ist egal. Gleiches Teil x, entgegengesetztes Teil 0,5.
2mn + m² + n²=m² + 2mn + n²Erst ordnen: Quadrate außen, Mischterm in die Mitte.
−m² + 2mo − o²=−(m − o)²Zwei Quadrate mit Minus → zuerst −1 ausklammern.
−x² + y²=y² − x²Tauschen, dann 3. Formel: (y + x)(y − x).
x²y⁸ − 1=(xy⁴)² − 1²Auch 1 ist ein Quadrat. Hochzahlen halbieren.
(−2,5y + 1)(2,5y − x)≠BinomFalle: verschiedene Teile (1 und x). Nur jeder mit jedem.
04

Zuordnen & Markieren

Seite 37, Aufgabe 1 a. Tippe einen Term an. Entscheide Form und Schablone. Danach siehst du a und b markiert.

05

Benennen

Jedes Wort ist eine Unterscheidung. Schau auf das Markierte, sag den Namen laut, dann tippe zum Aufdecken.

06

Umformen mit Hilfe

Die Werkbank. Alle Aufgaben der drei Buchseiten oder ein eigener Term. Erst selbst überlegen, dann den nächsten Schritt aufdecken.

07

Lösen ohne Hilfe

Wie in der Arbeit. Du schreibst, die Seite prüft: Stimmt der Wert? Stimmt die Form? Schreibweise: x^2 oder x², Brüche als 1/3x, Komma oder Punkt.

08

Transfer

Dieselben Schablonen, neues Material: Zahlen, Flächen, Lücken.

T1 · ZahlenRechnen im Kopf

Zwei Zahlen, die gleich weit von einer runden Zahl weg sind → 3. Formel. Eine Zahl mit ,5 hoch 2 → 1. Formel.

Mehr davon in 07 · Kopfrechnen.

T2 · FlächeDie 3. Formel als Bild (S. 36, Aufgabe 1)

1 b) Fläche als Produkt

A = (a + b) · (a − b). Mit a = 10 cm und b = 4 cm: 14 cm · 6 cm = 84 cm².

1 d) Fläche als Summe

A = a² − b²: das Quadrat ohne die kleine Ecke. 100 cm² − 16 cm² = 84 cm² ✓

1 e) Malkreuz

(a + b)(a − b): Felder a², −ab, ab, −b². Die Mischfelder heben sich auf → a² − b². Beide Darstellungen sind äquivalent.

1 f) Der Satz

„Ein Rechteck mit den Seitenlängen (a + b) und (a − b) besitzt den gleichen Flächeninhalt wie ein Quadrat mit der Seite a, aus dem ein Quadrat mit der Seite b herausgeschnitten wurde.“

2) Zeige mit Multiplikation: (a + b)(a − b) = a² − b²

T3 · LückenRätsel rückwärts (S. 37, Aufgabe 3)

Strategie: Schablone hinschreiben, dann die bekannten Teile einsetzen. Aus a² findest du a, aus 2ab findest du b.

Prüfungs-CheckDas musst du können

0 nicht begonnen · 1 erkannt · 2 mit Hilfe · 3 selbstständig · 4 Transfer · 5 kann es erklären
09

Werkstatt

Hier fasst du die Schablonen und Umformungen selbst an. Schieben, einrasten lassen, auseinanderziehen, zusammensetzen.

9.1 · Schablonen-SchieberPasst die Schablone?

Zieh eine Schablone auf den Term (oder tipp sie an). Passt sie, rastet sie ein und zeigt dir a und b. Passt sie nicht, springt sie zurück und sagt dir, warum.

Term · Schablone hierher ziehen

9.2 · AuseinanderziehenAuseinander und wieder zusammen

Jeder Term hat versteckte Teile. Zieh ihn Stufe für Stufe auseinander, bis du die Atome siehst. Rückwärts schiebt er sich wieder zusammen. Der Wert ändert sich nie.

9.3 · Alle Umformungen einzelnDie Bewegungen

Jede Umformung geht in beide Richtungen. → zieht auseinander oder formt um, ← setzt wieder zusammen.

9.4 · Ketten bauenUmformungen zusammensetzen

Große Aufgaben sind Ketten aus kleinen Bewegungen. Wähle einen Term und dann die nächste Bewegung. Nur was gerade erlaubt ist, kannst du antippen. Mit ← gehst du einen Schritt zurück.

    Typische Ketten

    FaktorisierenAusklammern (ggT) → Binom bündeln
    VereinfachenAusmultiplizieren → Faktor verteilen → Zusammenfassen → Ordnen
    Quadratisch ergänzenFaktor ausklammern → Ergänzen (+b² − b²) → Binom bündeln → Zusammenfassen
    KontrolleJede Kette rückwärts gegangen ergibt wieder den Start. Das ist die Probe.