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Mathematik

Formelsammlung Mathematik — 43 Formeln, jede umgestellt

Klasse 5 bis 10 — Flächen, Körper, Prozent, Gleichungen, Funktionen und Trigonometrie.

Zu jeder Formel stehen alle Umstellungen da — nicht nur U = R · I, sondern auch die Fassungen nach R und nach I. Dazu, was jedes Formelzeichen bedeutet, in welcher Einheit es gemessen wird, und ein Beispiel mit Zahlen.

Jede umgestellte Formel wird beim Bauen nachgerechnet: Der Prüfer setzt Zufallszahlen in die Grundformel und in jede Umstellung ein und vergleicht die Ergebnisse. Eine falsch umgestellte Formel in einer Formelsammlung ist schlimmer als gar keine — sie wird geglaubt.

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Fläche und Umfang

Rechteck

Die erste Flächenformel — und die Grundlage für fast alle anderen.

A=a·ba=Abb=Aa
U=2·(a+b)a=U2bb=U2a
  • AFlächecm²
  • UUmfangcm
  • aLängecm
  • bBreitecm

Beispiela = 5 cmb = 3 cmA = 15 cm²

Quadrat

Ein Rechteck, bei dem alle Seiten gleich lang sind.

A=a2a=A
U=4·aa=U4
  • AFlächecm²
  • UUmfangcm
  • aSeitenlängecm

Beispiela = 6 cmA = 36 cm²

Dreieck

Ein Dreieck ist immer das halbe Rechteck über derselben Grundseite.

A=g·h2g=2·Ahh=2·Ag
  • AFlächecm²
  • gGrundseitecm
  • hHöhecm

Beispielg = 8 cmh = 5 cmA = 20 cm²

Die Höhe steht senkrecht auf der Grundseite — nicht die schräge Seite nehmen.

Parallelogramm

Ein verschobenes Rechteck — die Fläche bleibt dieselbe.

A=a·ha=Ahh=Aa
  • AFlächecm²
  • aGrundseitecm
  • hHöhecm

Beispiela = 7 cmh = 4 cmA = 28 cm²

Trapez

Zwei Seiten sind parallel, aber verschieden lang.

A=a+c2·hh=2·Aa+ca=2·Ahcc=2·Aha
  • AFlächecm²
  • aerste parallele Seitecm
  • czweite parallele Seitecm
  • hHöhecm

Beispiela = 8 cmc = 4 cmh = 5 cmA = 30 cm²

Zuerst den Mittelwert der beiden parallelen Seiten, dann mal der Höhe.

Kreis

Die Formel mit π — Fläche und Umfang aus dem Radius.

A=π·r2r=Aπ
U=2·π·rr=U2·π
d=2·rr=d2
  • AFlächecm²
  • UUmfangcm
  • rRadiuscm
  • dDurchmessercm

Beispielr = 5 cmA = 78,54 cm²

Steht der Durchmesser da, erst halbieren. Das ist der häufigste Fehler bei Kreisaufgaben.

Körper

Würfel

Sechs gleiche Quadrate.

V=a3a=V13
O=6·a2a=O6
  • VVolumencm³
  • OOberflächecm²
  • aKantenlängecm

Beispiela = 4 cmV = 64 cm³

Quader

Die Kiste, der Raum, der Kabelkanal.

V=a·b·ca=Vb·cc=Va·b
O=2·(a·b+a·c+b·c)
  • VVolumencm³
  • OOberflächecm²
  • aLängecm
  • bBreitecm
  • cHöhecm

Beispiela = 5 cmb = 3 cmc = 2 cmV = 30 cm³

Prisma

Alles, was oben und unten dieselbe Fläche hat.

V=G·hG=Vhh=VG
  • VVolumencm³
  • GGrundflächecm²
  • hHöhecm

BeispielG = 24 cm²h = 10 cmV = 240 cm³

Zylinder

Das Rohr, der Tank, die Dose.

V=π·r2·hh=Vπ·r2r=Vπ·h
O=2·π·r2+2·π·r·hh=O2·π·r22·π·r
  • VVolumencm³
  • OOberflächecm²
  • rRadiuscm
  • hHöhecm

Beispielr = 5 cmh = 20 cmV = 1570,8 cm³

1 cm³ ist 1 ml, 1 dm³ ist 1 Liter.

Pyramide

Spitz zulaufend — deshalb nur ein Drittel.

V=G·h3G=3·Vhh=3·VG
  • VVolumencm³
  • GGrundflächecm²
  • hHöhecm

BeispielG = 36 cm²h = 10 cmV = 120 cm³

Kegel

Die spitze Tüte — Volumen, Mantel und Seitenlinie.

V=π·r2·h3h=3·Vπ·r2
s=r2+h2h=s2r2r=s2h2
M=π·r·ss=Mπ·rr=Mπ·s
  • VVolumencm³
  • MMantelflächecm²
  • rRadiuscm
  • hHöhecm
  • sSeitenliniecm

Beispielr = 3 cmh = 8 cmV = 75,4 cm³

Die Seitenlinie s ist nicht die Höhe. Sie kommt über den Pythagoras aus r und h.

Kugel

Volumen und Oberfläche der Kugel.

V=43·π·r3r=3·V4·π13
O=4·π·r2r=O4·π
  • VVolumencm³
  • OOberflächecm²
  • rRadiuscm

Beispielr = 6 cmV = 904,78 cm³

Prozent und Zinsen

Prozentrechnung

Grundwert, Prozentsatz, Prozentwert — die drei, zwischen denen man ständig umstellt.

W=G·p100G=W·100pp=W·100G
  • WProzentwert
  • GGrundwert
  • pProzentsatz%

BeispielG = 250 €p = 19 %W = 47,5 €

Der Grundwert ist immer das Ganze — das, was 100 % entspricht.

Prozentuale Veränderung

Um wie viel Prozent etwas gestiegen oder gefallen ist.

p=neualtalt·100neu=alt·(1+p100)alt=neu1+p100
  • pVeränderung%
  • altalter Wert
  • neuneuer Wert

Beispielalt = 80 €neu = 100 €p = 25 %

Verglichen wird immer mit dem alten Wert. Erst plus 25 % und dann minus 25 % ergibt nicht wieder den Ausgangswert.

Zinsen für ein Jahr

Was Geld in einem Jahr kostet oder bringt.

Z=K·p100K=Z·100pp=Z·100K
  • ZZinsen
  • KKapital
  • pZinssatz%

BeispielK = 2000 €p = 3,5 %Z = 70 €

Zinsen für Monate oder Tage

Wenn das Geld nicht das ganze Jahr liegt.

Z=K·p·t100·360t=Z·100·360K·pK=Z·100·360p·t
  • ZZinsen
  • KKapital
  • pZinssatz%
  • tTage

BeispielK = 2000 €p = 3,5 %t = 90Z = 17,5 €

Im Bankjahr hat jeder Monat 30 Tage und das Jahr 360.

Zinseszins

Wenn die Zinsen liegen bleiben und selbst wieder Zinsen bringen.

Kn=K₀·(1+p100)nK₀=Kn(1+p100)nn=ln(KnK₀)ln(1+p100)
  • KnKapital nach n Jahren
  • K₀Anfangskapital
  • pZinssatz%
  • nJahre

BeispielK₀ = 2000 €p = 3,5 %n = 10Kn = 2821,2 €

Dreisatz

Von einem Wert auf einen anderen schließen — bei gleichem Verhältnis.

x=b·caa=b·cxc=x·ab
  • xgesuchter Wert
  • aerste Menge
  • berster Preis
  • czweite Menge

Beispiela = 3b = 7,5c = 8x = 20

Zuerst auf eins herunterrechnen, dann auf die gesuchte Menge hoch.

Terme und Gleichungen

Erste binomische Formel

Eine Klammer im Quadrat ausmultiplizieren — ohne jedes Mal neu auszurechnen.

(a+b)2=a2+2·a·b+b2
  • aerster Summand
  • bzweiter Summand

Der mittlere Teil wird am häufigsten vergessen: 2 · a · b.

Zweite binomische Formel

Dasselbe mit einem Minus in der Klammer.

(ab)2=a22·a·b+b2
  • aerster Summand
  • bzweiter Summand

Dritte binomische Formel

Plus mal Minus — der Mittelteil fällt weg.

(a+b)·(ab)=a2b2
  • aerster Summand
  • bzweiter Summand

Von rechts nach links gelesen ist das ein Faktorisierungs-Trick: 25 − x² wird zu (5 + x)(5 − x).

pq-Formel

Quadratische Gleichungen der Form x² + p·x + q = 0.

x₁=p2+p22qx₁2+p·x₁+q=0
x₂=p2p22qx₂2+p·x₂+q=0
  • x₁erste Lösung
  • x₂zweite Lösung
  • pBeiwert von x
  • qAbsolutglied

Beispielp = -6q = 8x₁ = 4

Vorher muss vor dem x² eine 1 stehen. Ist der Ausdruck unter der Wurzel negativ, gibt es keine Lösung.

Mitternachtsformel

Quadratische Gleichungen der Form a·x² + b·x + c = 0 — ohne vorher zu teilen.

x₁=b+b24·a·c2·aa·x₁2+b·x₁+c=0
x₂=bb24·a·c2·aa·x₂2+b·x₂+c=0
  • x₁erste Lösung
  • x₂zweite Lösung
  • aBeiwert von x²
  • bBeiwert von x
  • cAbsolutglied

Beispiela = 2b = -8c = 6x₁ = 3

b² − 4·a·c heißt Diskriminante. Ist sie null, gibt es genau eine Lösung.

Potenzgesetze

Potenzen mit gleicher Basis zusammenfassen.

am·an=am+n
aman=amn
(am)n=am·n
an=1an
  • aBasis
  • merster Hochzahl
  • nzweite Hochzahl

Mal heißt plus in der Hochzahl, geteilt heißt minus. Nur bei gleicher Basis.

Wurzel als Potenz

Wurzeln lassen sich als Potenz schreiben — dann gelten dieselben Regeln.

a=a12a1n·a1n=a2n
  • aRadikand
  • nWurzelexponent

Logarithmus

Die Umkehrung des Potenzierens: Welche Hochzahl war es?

x=ln(a)ln(b)a=bx
  • xHochzahl
  • aErgebnis
  • bBasis

Beispiela = 1000b = 10x = 3

Auf dem Taschenrechner: log für Basis 10, ln für Basis e. Andere Basen über diesen Bruch.

Funktionen

Lineare Funktion

Die Gerade — Steigung und Schnittpunkt mit der y-Achse.

y=m·x+bm=ybxb=ym·xx=ybm
  • yy-Wert
  • mSteigung
  • xx-Wert
  • by-Achsenabschnitt

Beispielm = 2x = 3b = 1y = 7

b ist der Wert bei x = 0 — dort schneidet die Gerade die y-Achse.

Steigung aus zwei Punkten

Wenn nur zwei Punkte gegeben sind.

m=y₂y₁x₂x₁y₂=y₁+m·(x₂x₁)
  • mSteigung
  • x₁x des ersten Punktes
  • y₁y des ersten Punktes
  • x₂x des zweiten Punktes
  • y₂y des zweiten Punktes

Beispielx₁ = 1y₁ = 3x₂ = 5y₂ = 11m = 2

Höhenunterschied geteilt durch Längenunterschied — y oben, x unten.

Nullstelle einer Geraden

Wo die Gerade die x-Achse schneidet.

x=bmm·x+b=0
  • xNullstelle
  • mSteigung
  • by-Achsenabschnitt

Beispielm = 2b = -6x = 3

Scheitelpunktform

An der Parabel sofort ablesen, wo der Scheitel liegt.

y=a·(xd)2+ee=ya·(xd)2a=ye(xd)2
  • yy-Wert
  • aStreckfaktor
  • xx-Wert
  • dx des Scheitels
  • ey des Scheitels

Beispiela = 1x = 5d = 3e = -2y = 2

Der Scheitel liegt bei (d | e). Achtung beim Vorzeichen: In (x − 3)² ist d = 3.

Exponentielles Wachstum

Alles, was sich in gleichen Zeitschritten immer um denselben Faktor ändert.

N=N₀·qtq=NN₀1tt=ln(NN₀)ln(q)N₀=Nqt
  • NBestand nach der Zeit t
  • N₀Anfangsbestand
  • qWachstumsfaktor
  • tZeitschritte

BeispielN₀ = 100q = 1,05t = 10N = 162,89

Plus 5 % im Jahr heißt q = 1,05. Minus 5 % heißt q = 0,95.

Halbwertszeit

Wenn sich etwas in gleichen Zeitspannen halbiert.

N=N₀·0,5tTt=T·ln(NN₀)ln(0,5)T=t·ln(0,5)ln(NN₀)
  • NRest nach der Zeit t
  • N₀Anfangsmenge
  • tverstrichene Zeit
  • THalbwertszeit

BeispielN₀ = 100t = 15T = 5N = 12,5

Dreieck und Trigonometrie

Satz des Pythagoras

Im rechtwinkligen Dreieck aus zwei Seiten die dritte berechnen.

c=a2+b2a=c2b2b=c2a2c2=a2+b2
  • aerste Kathetecm
  • bzweite Kathetecm
  • cHypotenusecm

Beispiela = 3 cmb = 4 cmc = 5 cm

c ist immer die längste Seite — die, die dem rechten Winkel gegenüberliegt.

Sinus, Kosinus, Tangens

Seiten und Winkel im rechtwinkligen Dreieck verbinden.

a=c·sin(α)c=asin(α)α=arcsin(ac)
b=c·cos(α)c=bcos(α)α=arccos(bc)
a=b·tan(α)b=atan(α)α=arctan(ab)
  • aGegenkathetecm
  • bAnkathetecm
  • cHypotenusecm
  • αWinkel°

Beispielc = 10 cmα = 30 °a = 5 cm

Merksatz: GAGA HHAG — Gegenkathete durch Hypotenuse ist der Sinus, Ankathete durch Hypotenuse der Kosinus, Gegenkathete durch Ankathete der Tangens.

Winkelsumme im Dreieck

Der dritte Winkel ergibt sich immer aus den anderen beiden.

γ=180αβα+β+γ=180
  • αerster Winkel°
  • βzweiter Winkel°
  • γdritter Winkel°

Beispielα = 50 °β = 70 °γ = 60 °

Strahlensatz

Aus ähnlichen Dreiecken auf eine unbekannte Länge schließen.

a=b·cdab=cdd=b·cac=a·db
  • aerste Streckecm
  • bzweite Streckecm
  • cdritte Streckecm
  • dvierte Streckecm

Beispielb = 4 cmc = 9 cmd = 6 cma = 6 cm

So misst man einen Baum: eigene Größe zu eigenem Schatten wie Baumhöhe zu Baumschatten.

Sinussatz

Auch in Dreiecken ohne rechten Winkel.

a=b·sin(α)sin(β)b=a·sin(β)sin(α)
  • aerste Seitecm
  • bzweite Seitecm
  • αWinkel gegenüber a°
  • βWinkel gegenüber b°

Beispielb = 8 cmα = 40 °β = 60 °a = 5,938 cm

Jede Seite verhält sich zum Sinus ihres Gegenwinkels wie jede andere.

Kosinussatz

Zwei Seiten und der Winkel dazwischen sind bekannt.

a=b2+c22·b·c·cos(α)α=arccos(b2+c2a22·b·c)
  • agesuchte Seitecm
  • bzweite Seitecm
  • cdritte Seitecm
  • αWinkel zwischen b und c°

Beispielb = 5 cmc = 7 cmα = 60 °a = 6,245 cm

Bei 90° fällt der letzte Teil weg — dann ist es wieder der Pythagoras.

Statistik und Wahrscheinlichkeit

Mittelwert

Der Durchschnitt — Summe durch Anzahl.

=summensumme=·nn=summe
  • Mittelwert
  • summeSumme aller Werte
  • nAnzahl der Werte

Beispielsumme = 84n = 4x̄ = 21

Der Mittelwert wird von Ausreißern stark verzogen. Der Median nicht — der ist der mittlere Wert der geordneten Liste.

Wahrscheinlichkeit nach Laplace

Wenn alle Ergebnisse gleich wahrscheinlich sind.

P=guenstigmoeglichguenstig=P·moeglichmoeglich=guenstigP
  • PWahrscheinlichkeit
  • guenstiggünstige Fälle
  • moeglichmögliche Fälle

Beispielguenstig = 3moeglich = 6P = 0,5

Mal 100 ergibt Prozent. P liegt immer zwischen 0 und 1.

Gegenwahrscheinlichkeit

„Mindestens eins“ rechnet man fast immer über das Gegenteil.

=1PP=1P+=1
  • PWahrscheinlichkeit
  • Gegenwahrscheinlichkeit

BeispielP = 0,25P̄ = 0,75

Pfadregeln

Mehrstufige Zufallsversuche im Baumdiagramm.

PPfad=p₁·p₂p₁=PPfadp₂
  • PPfadWahrscheinlichkeit eines Pfades
  • p₁erste Stufe
  • p₂zweite Stufe

Beispielp₁ = 0,5p₂ = 0,25PPfad = 0,125

Entlang eines Pfades wird multipliziert, zwischen mehreren Pfaden wird addiert.

Einheiten umrechnen

Zwischen zwei Nachbarn steht immer derselbe Faktor. Wer den kennt, muss nichts auswendig lernen.

WasReiheSchritt
Längekm — m — dm — cm — mm· 10 je Schritt (km → m: · 1000)
Flächekm² — ha — a — m² — dm² — cm² — mm²· 100 je Schritt
Volumenm³ — dm³ — cm³ — mm³· 1000 je Schritt
Hohlmaß1 dm³ = 1 l, 1 cm³ = 1 ml1 l = 1000 ml
Masset — kg — g — mg· 1000 je Schritt
Zeit1 h = 60 min, 1 min = 60 s1 h = 3600 s

Nach rechts in der Reihe wird multipliziert, nach links geteilt.

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