Archiv für März, 2010

2 ist nicht die einzige „Wurzel” aus 4


31 Mrz
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Der Taschenrechner ist anderer Meinung: 4 eingeben, Wurzeltaste drücken, Ergebnis ist 2. Und auch die Wurzelfunktion ist so definiert, es gilt natürlich \sqrt{4}=2 — aber: Wenn Ihr eine Gleichung der Form

x^2=4

löst, dann gibt es zwei Lösungen, +2 und -2. Die Wurzelfunktion ist nur so definiert, dass bei \sqrt{x} immer die positive Zahl heraus kommt, deren Quadrat x ist.

Beim Lösen einer allgemeinen quadratischen Gleichung verwendet Ihr die Mitternachtsformel und rechnet automatisch mit den beiden Lösungen x_{1,2} (wenn die Diskriminante positiv ist und es damit zwei verschiedene Lösungen gibt). Hat die Gleichung die super einfache Form x^2=z, dürft Ihr nicht vergessen, dass sowohl \sqrt{z} als auch -\sqrt{z} Lösungen sind.

Aufgaben selber basteln


31 Mrz
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Manchmal „sitzt” ein Thema noch nicht so richtig, aber Ihr habt schon alle Aufgaben aus dem Mathebuch durch gerechnet? Oft könnt Ihr Euch selbst helfen und eigene Aufgaben basteln. Das geht ganz leicht, wie etwa in folgenden Beispielen:

  • Nullstellensuche in quadratischen Funktionen: Ihr könntet hier einfach „zufällige” Funktionen hernehmen, also irgendwelche Werte für a, b, c wählen und dann die Nullstellen von f(x)=ax^2+bx+c ausrechnen. Dabei werden aber meist krumme Werte rauskommen. Besser ist es, mit dem Ziel anzufangen: Wählt einfach drei Zahlen a, x_1 und x_2, rechnet f(x)=a(x-x_1)(x-x_2) aus und bestimmt dann davon die Nullstellen. Vorteil: Als Lösung müssen wieder die Werte x_1 und x_2 rauskommen, Rechenfehler fallen also direkt auf.
  • Kurvendiskussion und Aufstellen von Funktionstermen: Diese beiden Aufgabentypen kann man prima kombinieren. Denkt Euch z. B. zu einer unbekannten Funktion Eigenschaften wie „Graph schneidet die x-Achse bei x=3″ oder „Graph hat einen Hochpunkt (3 ; 5)” aus. Für eine Funktion dritten Grades braucht Ihr genau vier Bedingungen, die sich aus den Eigenschaften ergeben. Wenn Ihr dann die passende Funktion sucht und findet, könnt Ihr damit eine Kurvendiskussion machen — und dann müssen wieder die vorher von Euch festgelegten Eigenschaften rauskommen.

Diese Vorgehensweise lässt sich auch auf andere Aufgabentypen übertragen.

Die Technik dieser Seite


31 Mrz
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Als Mathematiker und Informatiker kann ich mit dieser Seite gleich zwei Interessen verknüpfen: Dass es inhaltlich um Mathe geht, ist wohl klar ;)   Interessant finde ich aber auch die technische Seite.

Ich bin seit ca. 15 Jahren ein großer Linux-Fan, und darum läuft auch der Webserver, auf dem der FOS-Mathe-Trainer liegt, unter Linux, genauer gesagt: unter Debian Linux. Die Serversoftware selbst ist Apache, und damit ich nicht alle Seiten von Hand in HTML erstellen muss, benutze ich ein Content Management System namens WordPress: Damit kann ich z. B. Kategorien wie „Analysis (FOS 12)” mit wenigen Mausklicks anlegen und dann neue Beiträge in diese oder andere Kategorien reinpacken.

Die mathematischen Formeln erzeugt ein Plug-in für Wordpress, das LaTeX benutzt, um sie hübsch darzustellen — einschließlich Integral-, Summen- und anderen Sonderzeichen sowie „ordentlichen” Brüchen.

Im Vergleich dazu ist meine private Webseite hgesser.de „handgeschrieben”, dort setze ich mich also für fast jede Seite hin und schreibe HTML-Texte in eine neue Datei rein. Die Seite liegt übrigens auf dem selben Server im Internet, läuft also auch mit Linux/Apache. Nur benutzt sie kein Content Management System.

Hausaufgaben: Lästig aber nützlich


31 Mrz
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Ok, ok, das wollt Ihr nicht hören: Hausaufgaben machen und regelmäßig merkwürdige Mathe-Aufgaben lösen ist vielleicht nicht für jeden die perfekte Freizeitbeschäftigung, aber es ist wichtig (wenn man eine einigermaßen passable Mathe-Note haben will; sonst nicht ;) ).

Als ich selbst an der FOS Mathe unterrichtet habe, habe ich meinen Schülern dazu die folgende kleine Story aus meinem Mathestudium an der Uni erzählt. Nun ist zwar Studium und Schule nicht dasselbe, aber hier wie da gibt es Hausaufgaben, und das nicht ohne Grund: (weiterlesen…)

Nullstellen quadratischer Funktionen


31 Mrz
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Neben der Lösungsformel („Mitternachtsformel”) für die Nullstellen quadratischer Gleichungen ist vielleicht die wichtigste Information zum Thema, dass man verschiedene Fragen zu quadratischen Funktionen und quadratischen Gleichungen als ein und dasselbe erkennt. Wenn wir einmal die Funktion

f(x)=ax^2+bx+c

und außerdem die quadratische Gleichung

(I) ax^2+bx+c=0

betrachten, dann laufen alle folgenden Fragen auf dieselbe Aufgabe hinaus:

  1. Bestimme die Nullstellen von f(x)
  2. Löse die quadratische Gleichung (I)
  3. Löse die quadratische Gleichung f(x)=0
  4. Bestimme die Linearfaktorzerlegung f(x)=a(x-x_1)(x-x_2)
  5. Bestimme die Schnittpunkte des Graphen von f(x) mit der x-Achse

Auch beim Lösen quadratischer Ungleichungen müssen wir erst obige Aufgabe bearbeiten, denn das Vorzeichen der quadratischen Funktion ändert sich zwischen den Nullstellen (oder links von der ersten bzw. rechts von der zweiten Nullstelle) nicht mehr.

Ach ja, die Mitternachtsformel sieht so aus: x_{1,2} = \frac{-b \pm \sqrt{b^2-4ac}}{2a}

Wer sich lieber die „pq-Formel” merkt, kann auch damit arbeiten, muss dann aber zunächst a ausklammern, deswegen bietet sich diese einfachere Formel nur dann an, wenn a=1 gilt, also f(x)=x^2+bx+c bzw. f(x)=x^2+px+q ist. Für a=0 haben wir gar keine quadratische Funktion/Gleichung: Dann gibt es nämlich keine x^2, und das Ganze wird linear.

B(n;p;k)


31 Mrz
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Wer sich die Formel B(n;p;k) = {n \choose k}p^k(1-p)^{n-k} nicht merken kann, schaut einfach ins Tafelwerk, das zu allen schriftlichen Prüfungen zugelassen ist; da steht nämlich vor den Tabellen auch die Formel. Ausrechnen muss man das Ganze häufig aber nicht von Hand, denn genau dafür ist das Tafelwerk ja da: Einfach n, p und k bestimmen und dann nachschlagen. In der jeweils linken Spalte steht B(n;p;k) und in der rechten daneben steht \sum_{i=0}^k B(n;p;i) = \sum_{i=0}^k {n \choose i}p^i(1-p)^{n-i} . Den ersten Wert braucht man oft, um P(X=k) zu berechnen; der zweite liefert P(X \le k).

Extremwerte


30 Mrz
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Rund um Extremwertsuche gibt es viele Fragen… Fangen wir mal ganz vorne an: Warum sucht man die, wie sucht man die, was gibt’s zu beachten?

Ganz groß oder ganz klein

Extremwerte sind entweder Maxima oder Minima. In der grafischen Darstellung der Funktion sind sie im Graph die höchsten oder niedrigesten Punkte. Oft betrachten wir in der Mathematik Funktionen, die irgend etwas aus dem „richtigen Leben” beschreiben, meist hat es was mit Technik oder BWL zu tun. Einen Extremwert zu finden, hilft dann z. B. bei einer Optimierungsaufgabe vom Typ „In welchem Winkel muss ich den Stein abwerfen, damit er möglichst weit fliegt?”.

Für die Suche nach Extremwerten brauchen wir die Ableitungen. Aus dem Theorieteil wissen wir: An einem Maximum war die Funktion zunächst monoton steigend und dann monoton fallend (sonst wärs kein relatives Maximum), die Steigung an der Stelle muss 0 sein. Also: f'(x) = 0. (weiterlesen…)

Auf geht’s


30 Mrz
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So, jetzt geht’s los: Willkommen beim FOS-Mathe-Trainer, Eurem neuen Blog rund um Mathe-Probleme — in erster Linie für Schüler/innen an einer Fachoberschule (FOS), aber vermutlich wird auch der/die eine oder andere Gymnasiast/in hier Nützliches finden. Nur die Zuordnung zu den einzelnen Klassen und Ausbildungsrichtungen (11/12, Technik/Nichttechnik) ist nur für FOS-ler sinnvoll.

Schickt mir Eure Probleme (siehe Impressum) — ich stelle sie dann mit Lösungen online. Wer im Blog kommentieren/mitdiskutieren will, schickt mir bitte auch eine Mail, ich richte dann einen Account für Euch ein.

Viel Erfolg für den Mathe-Unterricht wünscht Euch Hans-Georg Eßer.

FOS-Mathe-Trainer

Hilfe für den Mathe-Unterricht an der FOS