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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Beschränktes Wachstum berechnen, Beispiel 4 | A.30.05

Begrenztes Wachstum (=beschränktes Wachstum) wächst am Anfang relativ schnell und nähert sich allmählich und immer langsamer einer Grenze (=Schranke), welche mit G oder S bezeichnet wird. Typische Beispiele für begrenztes Wachstum sind Erwärmungs- oder Abkühlungsvorgänge, Mischungsverhältnisse (z.B. irgendein Zeug löst sich in Wasser etc.. auf). Allgemein gilt für begrenztes Wachstum, dass immer ein konstanter Wert zum Bestand dazukommt und ein bestimmter Prozentwert weg geht. Die Funktionsgleichung vom begrenztes Wachstum lautet: f(t)=G+a*e^(-k*t). In einiges Aufgaben fällt das Wort “Sättigungsmanko”. Hierbei handelt es sich um den Wert, um welchen der Bestand überhaupt noch zunehmen kann, also um die Differenz zwischen Grenze und aktuellem Bestand.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Beschränktes Wachstum mit Differentialgleichung berechnen, Beispiel 4 | A.30.06

Die Differenzialgleichung vom begrenzten Wachstum (=beschränkten Wachstum) lautet: f'(t)=k*(G-f(t)). f'(t) ist die Zunahme (oder Abnahme) des Bestandes, G-f(t) heißt Sättigungsmanko und ist der Wert um welchen der Bestand noch zu- oder abnehmen kann (also die Differenz von Grenze und aktuellem Bestand). Damit sagt die Differenzialgleichung aus, dass die momentane Änderung des Bestands proportional zum Sättigungsmanko ist. Die Parameter “k” und “G” tauchen auch in der Funktionsgleichung auf und heißen: k=Wachstumsfaktor=Proportionalitätsfaktor, G=Grenze=S=Schranke.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Beschränktes Wachstum mit Differentialgleichung berechnen, Beispiel 2 | A.30.06

Die Differenzialgleichung vom begrenzten Wachstum (=beschränkten Wachstum) lautet: f'(t)=k*(G-f(t)). f'(t) ist die Zunahme (oder Abnahme) des Bestandes, G-f(t) heißt Sättigungsmanko und ist der Wert um welchen der Bestand noch zu- oder abnehmen kann (also die Differenz von Grenze und aktuellem Bestand). Damit sagt die Differenzialgleichung aus, dass die momentane Änderung des Bestands proportional zum Sättigungsmanko ist. Die Parameter “k” und “G” tauchen auch in der Funktionsgleichung auf und heißen: k=Wachstumsfaktor=Proportionalitätsfaktor, G=Grenze=S=Schranke.


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Lineares Wachstum berechnen, Beispiel 1 | A.30.01

Das lineare Wachstum ist sehr, sehr einfach. Es handelt sich hierbei einen Bestand mit einer gleichmäßigen Entwicklung, es kommt also in jeder Zeitspanne immer die gleiche Menge dazu (oder geht weg). Das lineare Wachstum wird durch eine Gerade beschrieben, der Ansatz lautet also: B(t)=m*t+b


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Bestandsänderung berechnen, Beispiel 1 | A.31.01

Bei ganz vielen Aufgaben geht es einen Bestand (z.B. eine Temperatur, eine Wassermenge im Behälter, …) und die Änderung von diesem Bestand (die Temperaturzu- oder -abnahme, die Zunahme vom Wasserbestand oder dessen Abnahme,...). Nun geht es darum, dass die Funktion, die die Änderung beschreibt, die Ableitung der Bestandsfunktion ist. Sie werden es nicht glauben: aus dieser simplen Idee kann man komplette Aufgaben erstellen.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Mit Newton-Verfahren Nullstellen bestimmen, Beispiel 2 | A.32.02

Es gibt in Mathe viele Gleichungen, die sich nicht lösen lassen. Das Newton-Verfahren (auch: Newton-Iteration) verwendet man, um Nullstellen einer Gleichung zumindest näherungsweise zu bestimmen. Für die Newtoniteration gibt es eine Formel. In diese Formel setzt man einen (beliebigen) x-Wert ein und erhält als Ergebnis ein besseren x-Wert, also einen x-Wert der näher an der tatsächlichen Nullstelle liegt. Dieses Ergebnis setzt man abermals in die Formel ein und erhält einen noch besseren x-Wert. Das Ganze kann man beliebig oft wiederholen und erhält x-Werte die immer näher bei der tatsächlichen Nullstelle liegen. So ein Verfahren nennt man Iteration. Zwar hat das Newtonverfahren auch ein paar Macken, im Großen und Ganzen ist es jedoch wahrscheinlich das beste und schnellste Verfahren, um Gleichungen zu lösen.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Volumen Kegel und Volumen Zylinder berechnen, Beispiel 1 | 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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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Mit Intervallschachtelung Nullstellen bestimmen, Beispiel 2 | A.32.03

Es gibt in Mathe viele Gleichungen, die sich nicht lösen lassen. Das Intervallhalbierungsverfahren (auch Bisektionsverfahren) bietet die Möglichkeit Nullstellen der Gleichung zumindest näherungsweise zu bestimmen. Im Prinzip ist die Methode der Intervallhalbierung eine einfache Intervallschachtelung. Blöd gesagt rät man so lange irgendwelche zwei x-Werte, bis man zwei gefunden hat, deren y-Wert unterschiedliche Vorzeichen haben. Hat man nämlich zwei Punkte mit unterschiedlichen Vorzeichen in den y-Werten, so MUSS dazwischen eine Nullstelle sein. Nun sucht man zwischen diesen Punkten irgendeinen x-Wert, berechnet den y-Wert und betrachtet den y-Wert. Je nach Vorzeichen hat man nun wieder ein kleineres Intervall, in welchem die Nullstelle liegen muss. Das Ganze wiederholt man so lange, bis das Intervall sehr, sehr klein ist oder bis man keine Lust mehr hat. Eine von mehreren Abwandlung der Intervallhalbierung ist die Regula Falsi. Ich finde die Zeitersparnis davon jedoch nicht nennenswert, daher führe ich sie an dieser Stelle nicht vor.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Ungleichungen | A.26

Eine Ungleichung hat kein Gleich-Zeichen, sondern ein Ungleichheits-Zeichen, also ein “Kleiner-Zeichen” oder ein “Größer-Zeichen” (bzw. “kleiner gleich” oder “größer gleich”). Man behandelt Ungleichungen genau wie Gleichungen, nur dass sich das Ungleichheitszeichen umdreht, wenn man mit einer negativen Zahl multipliziert oder durch eine negative Zahl teilt.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Lineare Ungleichungen, Beispiel 4 | A.26.01

Eine lineare Ungleichung ist eine Ungleichung, in der nur “x” vorkommt. Kein “x²” oder höhere Potenzen, keine Brüche, keine Wurzeln, aber natürlich “Kleinerzeichen” oder ein “Größerzeichen”. Es handelt sich um eine recht einfache Angelegenheit. Alles, was ein “x” hat, kommt auf die linke Seite, alles ohne “x” auf die rechte Seite. Teilt man durch etwas Negatives, dreht sich das Ungleichheitszeichen um.


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