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Mathe-Videos von Prof. Loviscach


19 Apr
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Prof. Jörn Loviscach von der FH Bielefeld hat mich per Mail darauf hingewiesen, dass er eine ganze Reihe von Videos — 1500 Stück! — auf YouTube online gestellt hat, darunter viel Mathematik. Zwar ist vieles davon für die FOS schon deutlich zu fortgeschritten, und neben Mathematik behandeln viele der Videos auch die Informatik, aber auch zu klassischen FOS-Themen finden sich hier viele Erklärungen.

Wer Videos besser findet, als etwas im Buch nachzulesen, sollte also einen Blick auf die Seite werfen: http://www.j3L7h.de/videos.html. Skripte, Aufgaben und Lösungen stehen auf: http://www.j3L7h.de

Berührpunkte


20 Mrz
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Auf gutefrage.net habe ich eben eine Frage zu Berührpunkten beantwortet: „Wie kann man für zwei Funktionen f(x) und g(x) die Berührpunkte ermitteln?”

Meine Antwort:

Was ist denn ein Berührpunkt? Zwei Funktionen f(x) und g(x) berühren sich in x0, wenn erstens f(x0)=g(x0) gilt (gleicher Funktionswert) und zweitens die Steigungen an dieser Stelle identisch sind, also f’(x0)=g’(x0) gilt. Wäre die zweite Bedingung nicht erfüllt, wäre es ein Schnittpunkt und kein Berührpunkt.

Die Lösung ist also: Erst f(x)=g(x) setzen, Lösungen bestimmen (das gibt die Berühr- und Schnittpunkte), und dann überprüfen, für welche davon auch f’(x0)=g’(x0) gilt.

Forum wegen Spam geschlossen


02 Okt
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Nachdem in den letzten Wochen immer wieder Spam im Forum gelandet ist, bleibt das Forum zunächst geschlossen. (Registrierte Benutzer können weiterhin Beiträge schreiben.)

Wurzel aus 2 ist kein Bruch


12 Jun
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Die Zahl wird oft als Beispiel dafür angegeben, dass die Menge der reellen Zahlen wirklich größer als die Menge der rationalen Zahlen (also der Brüche) ist. In diesem Beitrag zeige ich Euch, dass das wirklich so ist: dass also gilt.

Wäre ein Bruch, dann könnte man schreiben, wobei und natürliche Zahlen wären: . Wir nehmen an, dass dieser Bruch schon so weit wie möglich gekürzt ist — statt würden wir dann also schreiben.

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Geniale Videos auf Khanacademy.org


10 Jun
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Eine riesige Auswahl von Videos mit Mathe-Erklärungen bietet Salman Khan auf der Webseite http://www.khanacademy.org/ — allerdings auf Englisch. Wenn Euch das nicht abschreckt, solltet Ihr unbedingt mal reinschauen, der ganze Bereich der Differenzialrechnung findet sich z. B. unter der Überschrift „Calculus”, auch die Inhalte der 11. Klasse sind alle da.

Das folgende Video führt in die Berechnung von Ableitungen ein:

Alle Inhalte sind kostenlos verfügbar, und ein schöner Nebeneffekt ist, dass Ihr gleich noch die englischen Fachausdrücke mitlernt :)

Funktionen mit Parameter


12 Mai
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Eine Funktion dritten Grades mit Parameter

Wenn eine Funktion f(x) in ihrer Definition auch einen Parameter t (oder k oder noch anders benannt) enthält, schreibt man f_t(x) statt f(x). Der Parameter sollte zunächst nicht weiter stören: Alles, was man mit „normalen” Funktionen machen kann, geht auch mit Parameterfunktionen, z. B. die Ableitung ausrechnen, etwa so:

Bei der Kurvendiskussion müsst Ihr dann aber aufpassen, weil z. B. die Existenz von Nullstellen (der Funktion oder der 1. oder 2. Ableitung) vom Parameter abhängig sein kann. Wählt man z. B. in obiger Funktion den Parameter t=0, dann hat die Ableitung {f_0}'(x) = 3x^2 + 4 keine Nullstelle, und f_0(x) damit keine Extrema.

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Zahlenmengen


06 Mai
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Hier gibt es mal eine Übersicht über die Zahlenmengen, mit denen Ihr auf der FOS arbeitet:

: die natürlichen Zahlen; .
Vorsicht: Manche Lehrbücher definieren so, dass 0 dazu gehört. Diese Bücher schreiben dann oder für die Menge der natürlichen Zahlen ohne 0.

: die natürlichen Zahlen mit Null;

: die ganzen Zahlen;

: die Bruchzahlen (Quotienten):

: die reellen Zahlen; die sind eine echte Obermenge von und enthalten z. B. und die Euler-Zahl e. Streng mathematisch kann man jede reelle Zahl x als Grenzwert einer Folge von Zahlen aus betrachten.

Es gilt .

Mit Hilfe des Cantorschen Diagonalisierungsverfahrens kann man zeigen, dass es „genauso viele” Bruchzahlen wie natürliche Zahlen gibt, die Mengen also „gleich groß sind”. Dabei muss man mit Größenangaben von unendlichen Mengen immer aufpassen. Was und gemeinsam haben, ist, dass sie abzählbar unendlich sind (man kann also eine unendlich lange Liste der in der Menge enthaltenen Zahlen aufschreiben, in der jede Zahl irgendwann auftauchen wird). Im Vergleich dazu ist überabzählbar unendlich groß.

Zusammenfassung: Lineare Gleichungssysteme


06 Mai
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Lineare Gleichungssysteme lernt Ihr in der 11. Klasse kennen — braucht sie aber vor allem in der 12. Klasse für Aufgaben, bei denen bestimmte Eigenschaften einer Funktion gegeben sind und Ihr berechnen sollt, wie die Funktion „aussieht”, also wie ihre Funktionsdefinition lautet. Das einfachste denkbare Beispiel dafür wäre von dieser Art:

Welche lineare Funktion besitzt einen Graph, der durch die Punkte (0; 0) und (1; 1) geht?

Und die Antwort darauf ist dann: Die Funktion . Die richtige Antwort sieht man leicht, und Ihr könnt diese Aufgabe auch ohne Gleichungssysteme lösen: Die Steigung muss sein, also , und Einsetzen eines der Punkte ergibt t=0.

Allgemein könntet Ihr bei dieser Aufgabe ansetzen: (das ist die allgemeine Form einer linearen Funktion), und wenn Ihr die beiden gegebenen Punkte (0; 0) und (1; 1) einsetzt, erhaltet Ihr

Das ist ein Beispiel für ein lineares Gleichungssystem mit den beiden Unbekannten m und t, und das schauen wir uns jetzt systematischer an.

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Quadratische Ergänzung


01 Mai
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So funktioniert quadratische Ergänzung (wenn man quadratische Funktionen auf Scheitelpunktform bringen will und sich die Formel dafür nicht merken kann):

  • Los geht es immer mit einer quadratischen Funktion in Standardform, z. B.
    f(x) = 2x^2+6x-1
  • Der erste Schritt ist, im Beispiel die 2 vor dem x² auszuklammern:
    f(x) = 2(x^2+3x-0,5)
  • Jetzt muss man sich überlegen, wie die 1. oder 2. binomische Formel funktioniert: (a+b)^2=a^2+2ab+b^2 bzw. (a-b)^2=a^2-2ab+b^2. Nach dem Ausklammern geht es vorne immer mit x^2 los, also ist a=x. In der Mitte muss jetzt 2ab oder -2ab stehen — wir finden da im Beispiel 3 x, damit muss b=3/2=1,5 sein.
    f(x)=2( (x+1,5)^2-1,5^2-0,5)
    (denn es gilt: )
  • Jetzt noch die konstanten Teile ausrechnen, und das Ergebnis steht da:

Mit den Formeln für die Scheitelpunktform geht das natürlich schneller:

Hier noch mal die „Bastelanleitung” für die quadratische Ergänzung in allgemeiner Form für die Funktion :

  1. ausklammern:
  2. in der Klammer aus „ein Quadrat machen”:
  3. zusammenfassen:
  4. und konstanten Teil ausmultiplizieren, ergibt schließlich

Häufige Fehler bei der Kurvendiskussion


26 Apr
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Hier mal eine kleine Liste von Fehlern bei der Kurvendiskussion, die ich öfter entdeckt habe:

  1. Nullstellensuche in falscher Funktion: Wenn Ihr wissen wollt, wo der Graph von die x-Achse schneidet, braucht Ihr die Nullstellen von selbst. Sucht Ihr nach Extrema, bestimmt Ihr die Nullstellen der ersten Ableitung (und setzt dann in ein um zu prüfen). Geht es um Wendepunkte, sind die Nullstellen der zweiten Ableitung gefragt (einsetzen in ). Wer hier die falsche Funktion oder Ableitung für eine bestimmte Aufgabe verwendet, kommt nirgendwohin.
  2. Einfache Fehler beim Ableiten: Die Kurvendiskussion funktioniert nur, wenn Ihr das Handwerkszeug richtig einsetzen könnt: das Bilden der Ableitungen. Beliebte Fehler beim Ableiten: „Stehen-lassen” eines konstanten Terms (z. B. ist falsch), Parameter in Funktion falsch behandelt (z. B. ist falsch), im Technikzweig: Produkt-, Ketten- oder Quotientenregel falsch benutzen. (weiterlesen…)

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