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Ulrich Steinmetz, Medienberater Kreis Lippe

GeoGebra: Wie weit ist der Horizont entfernt?

Wie weit kann man eigentlich auf das Meer hinausschauen? Da die Erde gekrümmt ist, kann man nur bis zu einer Grenzlinie, dem Horizont sehen. Wie berechnet man die Entfernung aber?

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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: So löst man Extremwertaufgaben | A.21.01

Meist kann man folgendermaßen vorgehen: man schaut, was überhaupt maximal werden muss (z.B. könnte das eine Dreiecksfläche sein). Die Formel für diese Größe sucht man aus der Formelsammlung raus (z.B. bei der Dreiecksfläche: A=½·g·h). Nun ist das große Ziel, in dieser Formel nur noch EINE Unbekannte drin zu haben. Wie erreicht man das? Man hat immer noch eine weitere Information gegeben (z.B. der Umfang des Dreieck ist gegeben oder ein Eckpunkt liegt auf der Funktion oder...). Diese Information (welche “Nebenbedingung” heißt), verwendet man irgendwie (je nach Aufgabenstellung) und hat dann irgendwann mal die Ausgangsformel (in unserem Beispiel: die Dreiecksfläche) in Abhängigkeit von nur noch einer einzigen Variablen da stehen (Nun heißt diese Formel “Zielfunktion”). Ab jetzt ist es einfach: Ableiten und Null setzen (oder falls man einen GTR/CAS verwenden darf: einfach Maximum bestimmen).


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Extremwertaufgaben im Alltag: Zylinder in einer Kugel, Volumen einer Schachtel, Beispiel 3 | A.21.02

Bei einigen Typen von Extremwertaufgaben sind keine Funktionen im Spiel. (Z.B. steckt ein Zylinder in einer Kugel, der dann maximales Volumen haben soll. Oder das Volumen einer Schachtel soll maximal werden, die aus einem Karton gebastelt wird oder …). Es geht also um Anwendungen aus dem “Alltag”. Ich nenne diese reale Anwendungen, aber eigentlich haben sie keinen richtigen, offiziellen Namen. Übrigens vereinfacht bei diesen Aufgaben sehr häufig der Strahlensatz die Rechnung sehr stark. (Also: Strahlensatz am Start?!?)


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Extremwertaufgabe Dreieck / Viereck: maximale Fläche berechnen, Beispiel 3 | A.21.03

Eine der häufig auftauchenden Extremwertaufgaben: Man muss die maximale Fläche eines Dreiecks oder die maximale Fläche eines Rechtecks bestimmen, wobei ein Eckpunkt (oder zwei) auf einer vorgegebenen Funktion liegt. Man verwendet die Formel A=½·g·h bzw. A=a·b. Eine der Seiten ist meist eine waagerechte Strecke (die man als Differenz der x-Werte berechnet), die andere Seite ist meist senkrecht (wird also als Differenz der y-Werte berechnet). Dieses in die Formel einsetzen und schon ist die Aufgabe halb gelöst.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Maximaler Umfang und minimaler Umfang berechnen, Beispiel 1 | A.21.04

Der maximale Umfang (oder minimale Umfang) von Figuren ist nicht sehr häufig gefragt. Falls doch, berechnet man den Umfang (zählt die Längen aller Außenseiten zusammen) und berechnet davon das Minimum/Maximum.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Volumen Kegel und Volumen Zylinder berechnen | A.21.05

Einen Kegel erhält man, wenn ein Dreieck um eine Seite rotiert, einen Zylinder erhält man, wenn ein Rechteck um eine der Seiten rotiert. Ein Kegelvolumen berechnet man über: V=pi/3*r²*h, ein Zylindervolumen berechnet man über V=pi*r²*h. Man braucht also in beiden Fällen den Radius und die Höhe. Beides sind im Normalfall waagerechte oder senkrechte Strecken, welche man also über die Differenz der x-Werte bzw. der y-Werte berechnet. Alles wird in die Volumenformel eingesetzt und das Maximum/Minimum berechnet. Schwuppdiwupp ist der größte Kegel (bzw. der größte Zylinder) da.


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Achsparallele Flächen berechnen, Beispiel 1 - A.03.01

Falls eine Dreieckfläche oder eine Rechteckfläche mindestens eine Seite hat, die parallel zu einer der Koordinatenachsen ist, wählt man diese Seite als Grundlinie. Die Länge der Grundlinie kann man anhand der Koordinaten der Endpunkte ablesen. Die Höhe steht senkrecht auf der Grundlinie. Die Länge der Höhe kann man ebenfalls ablesen. Nun kann man über die Formel A=½*g*h (beim Dreieck) oder A=g*h (beim Rechteck) den Flächeninhalt berechnen.


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Achsparallele Flächen berechnen, Beispiel 3 - A.03.01

Falls eine Dreieckfläche oder eine Rechteckfläche mindestens eine Seite hat, die parallel zu einer der Koordinatenachsen ist, wählt man diese Seite als Grundlinie. Die Länge der Grundlinie kann man anhand der Koordinaten der Endpunkte ablesen. Die Höhe steht senkrecht auf der Grundlinie. Die Länge der Höhe kann man ebenfalls ablesen. Nun kann man über die Formel A=½*g*h (beim Dreieck) oder A=g*h (beim Rechteck) den Flächeninhalt berechnen.


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Mittelsenkrechte berechnen, Beispiel 1 - A.02.14

Wie berechnet man die Gleichung einer Mittelsenkrechten? Eine Mittelsenkrechte steht senkrecht auf einer Dreiecksseite und geht durch die Mitte dieser Seite. Dadurch, dass die Mittelsenkrechte orthogonal auf der Dreiecksseite steht, kann man ihre Steigung berechnen (man berechnet zuerst die Steigung der Dreiecksseite, davon nimmt man den negativen Kehrwert). Den Mittelpunkt der Dreieckseite berechnet man in dem man die Koordinaten beiden Eckpunkte zusammenzählt und durch 2 teilt. Mit der Seiten der Mittelsenkrechten und der Seitenmitte als Punkt bestimmt man nun die Geradengleichung der Mittelsenkrechten (A.02.08 und A.02.09).


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Analysis 1 | Geraden und Parabeln: Flächen und Flächeninhalt berechnen | A.03

Fast alle Flächen werden auf Dreiecksflächen zurückgeführt. Wie berechnet man die Fläche eines Dreiecks? Es gibt (wie immer) mehrere Möglichkeiten. Wenn Sie Glück haben, ist eine der drei Seiten parallel zur x- oder zur y-Achse. Dann kommt man recht gut über Standardformel A=½*g*h weiter. Wenn zwar keine der Seiten parallel zu den Koordinatenachsen ist, aber die Koordinaten aller Eckpunkte ganzzahlig sind (keine blöden Kommazahlen), so kann man um das Dreieck ein achsenparalleles Rechteck ziehen und von dieser Rechtecksfläche dann drei rechteckige Dreiecke abziehen. Falls auch das nicht geht, kann man noch die lange Flächeninhaltsformel anwenden oder man bestimmt für die Formel A=½*g*h die Grundlinie und die Höhe über Lotgerade. (Die letzte genannte Variante ist etwas umständlich, wird aber am häufigsten verwendet.)


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