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Analysis 5 | Höhere Mathematik: Mehrdimensionale Funktion: Extrempunkte berechnen | A.51.02

Extrempunkte einer mehrdimensionalen Funktion berechnet man (wie bei einfachen Funktionen auch), indem man die erste Ableitung Null setzt. Bei mehrdimensionalen Funktionen gibt es nicht EINE erste Ableitung mit einer Unbekannten, sondern mehrere (partielle) erste Ableitungen mit mehreren Unbekannten, so dass man immer mehrere Gleichungen mit mehreren Unbekannten lösen muss. Das Überprüfen in der zweiten Ableitung (“Hesse-Matrix”) geht nach einem vorgegebenen Schema (wird im Hauptfilm erläutert).


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WDR - Westdeutscher Rundfunk (Köln)

Die Geschichte der Mathematik / The Story of maths: Die Grenzen des Raumes

Im 17. Jahrhundert übernahm Europa vom Nahen Osten die Vorreiterrolle in Sachen Mathematik. Piero della Francesca war nicht nur Maler sondern auch Mathematiker, er perfektionierte die Perspektive in der italienischen Malerei. Sein Werk war der Beginn eines neuen Geometrieverständnisses. Der französische Mathematiker und Philosoph René Decartes verband Algebra mit Geometrie, ein Schritt, der die Welt der Mathematik entscheidend verändern sollte. Die Universitäten von Oxford und Cambridge bildeten im 17. Jahrhundert einige führende Mathematiker aus, einer von ihnen: Isaac Newton. Er entwickelte eine neue Theorie des Lichts, entdeckte die Gravitation und skizzierte einen revolutionären Ansatz zur Mathematik: Die Infinitesimalrechnung. Newtons Berechnungen machten es möglich, die Welt in ihren Veränderungen zu begreifen.

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Analysis 5 | Höhere Mathematik: Mehrdimensionale Funktion: kurze Erklärung | A.51

Funktionen müssen natürlich nicht zwingend nur von einer Variablen abhängen (also nur von “x”). Eine Funktion kann auch mehrere “x-Werte” haben, sie heißen dann auch “mehrdimensionale Funktionen”. Diese x-Werte heißen dann entweder x, y, z, .. oder “x1”, “x2”, “x3”, … Meist interessiert man sich nun für Extrempunkte, Tangenten (die nun aber keine Gerade sind, sondern eine Tangentialebene (!) oder sonst was). Wir werden ableiten (das heißt dann nach den verschiedenen, mehreren Variablen “partiell ableiten”), für die Extrempunkte werden wir die ersten Ableitungen Null setzen,... die Details sehen wir dann in den Unterkapiteln.


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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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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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Ulrich Steinmetz, Medienberater Kreis Lippe

GeoGebra: Ein Goldenes Dreieck

Ein goldenes Dreieck hat besondere Eigenschaften, die in dieser Übung erfahren werden können.

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Extremwertaufgaben | A.21

Unter Extremwertaufgaben (Optimierungsaufgaben) werden alle Aufgaben gefasst, in denen etwas am größten oder am kleinsten werden soll (eine Dreiecksfläche, ein Volumen, ein Abstand). Es gibt zur Zeit mehrere Standardaufgaben von so einer Maximierung (oder Minimierung). Diese werden hier vorgerechnet.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Extremwertaufgaben im Alltag: Zylinder in einer Kugel, Volumen einer Schachtel | 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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