Mittwoch, 26. Februar 2014

Textaufgaben - Aufstellen von Gleichungen - "Altersaufgaben"

"Altersaufgaben" sind typische Textangaben zum Gleichungslösen. Hier ist ein Beispiel:

Franz ist drei Jahre älter als seine Zwillingsschwestern Maria und Marianne. Vor drei Jahren waren sie zusammen 30 Jahre alt. Wie alt sind sie heute?

Wie löst man solche Aufgaben? Diese Aufgaben sind in der Regel einfache "Zusammensuchaufgaben": Man geht also durch die Angabe durch und setzt jede Aussage "in Mathematik" um. Dabei unterstreicht man jeden Satz oder Satzteil, den man "übersetzt" hat: Damit stellt man sicher, dass man einerseits nichts übersieht, andererseits nicht Aussagen doppelt erfasst.

Machen wir das nun einzeln:
  • "Franz ist ..." ⇒ "x ... das Alter von Franz".
  • "... drei Jahre älter als seine Zwillingsschwestern Maria und Marianne." ⇒ "x – 3 ... das Alter von Maria und Marianne".
  • "Vor drei Jahren ..." ⇒ "Vor drei Jahren war Franz x – 3 Jahre alt, Maria x – 6 Jahre, Marianne auch x – 6 Jahre".
  • "... waren sie zusammen 30 Jahre alt." ⇒ "(x – 3) + (x – 6) + (x – 6) = 30.
Alle Angaben sind nun unterstrichen = man hat keine Information übersehen, und die Gleichung ist gefunden und kann gelöst werden: Schön der Reihe nach mit
  • Angabe der Grundmenge (welche nimmt man hier? Eine fachlich sinnvolle Angabe wäre "die rationalen Zahlen zwischen 0 und 120"!),
  • Berechnung einer möglichen Lösung – wir erhalten x = 15,
  • Probe (passt!)
  • und Angabe der Lösungsmenge: L = { 15 }.
Das Ergebnis aus der Lösungsmenge setzt man nun in die Übersetzungen ein und prüft damit, ob alles mit der Aufgabe zusammenpasst:

  • "15 ... das Alter von Franz".
  • "15 – 3 = 12 ... das Alter von Maria und Marianne".
  • "Vor drei Jahren war Franz 15 – 3 = 12 Jahre alt, Maria 15 – 6 = 9 Jahre, Marianne auch 15 – 6 = 9 Jahre".
  • "12 + 9 + 9 = 30" – alles passt!

Montag, 24. Februar 2014

Gleichungen lösen - Fehler finden

Wenn wir alle – Schüler/innen und Nachhelfende – keine Fehler beim Gleichungslösen machen würden, wäre ja alles ok. Leider macht man aber Fehler. Die zwei "üblichsten" sind:
  • Minus nicht in eine Folgezeile übertragen.
  • Beim Multiplzieren der ganzen Gleichung einzelne Teile übersehen.
Merken tut man den Fehler, wenn die Probe nicht aufgeht. Dann verzweifelt man – denn man steht vor einem Haufen von Gleichungszeilen und einigen Probenzeilen, und irgendwo da drin ist was falsch. Was nun?

Hier ist ein wichtiges Verfahren zum Fehlerfinden (eine "Heuristik"; das funktioniert übrigens für alle Arten von Gleichungen, nicht nur lineare):
Wenn die Probe fehlgeschlagen ist, setzt man die mögliche Lösung in einer Zeile ungefähr in der Mitte der Gleichungslösung ein. Wenn dort die Rechnung ...
  • ... stimmt, dann ist im oberen Teil der Gleichungslösung ein Problem;
  • ... nicht stimmt, dann hat man ein Problem im unteren Teil.

Hier das ganze noch einmal graphisch – gleich danach kommt ein Beispiel:
Und hier ist ein Beispiel dazu. Damit Sie nicht den Überblick verlieren, hier eine kurze "Anleitung":
  • Zuerst wird die Gleichung gelöst – das ist der blaue Pfeil links. Als mögliche Lösung kommt –10 heraus.
  • Leider stellt sich bei der Probe heraus, dass linke und rechte Seite nicht übereinstimmen: 136/3 ist nicht gleich –206/3!
  • Daher setzen wir die mögliche Lösung, also –10, in einer Gleichung in der Mitte ein. Der grüne Pfeil zeigt die Nebenrechnung, und die stimmt!
  • Daher stimmt das Endergebnis "relativ zu dieser Gleichung", also hat man sich im unteren Bereich nicht verrechnet ⇒ der Fehler muss also weiter oben sein!

Achtung: Die Aussage "Stimmt" bedeutet nicht, dass das Ergebnis am Ende stimmt – sie bedeutet nur, dass dieser Teil-Rechengang stimmt! Weil aber die Lösung offensichtlich falsch ist, muss eben davor ein Fehler sein!

Zur weiteren Fehlereingrenzung kann man nun eine Gleichung aus der Mitte des oberen Rechengangs wählen (also sozusagen die "Hälfte der Hälfte"*) usw.usf. Wenn man dann nur mehr zwei oder drei Gleichungen als "Fehlerkandidaten" hat, muss man die Umformungen zwischen denen konzentriert nachrechnen.

Leider kann es auch sein, dass man mehr als einen Fehler macht – dann findet man mit dem Verfahren zuerst einmal nur einen Fehler und muss dann weitersuchen.

Und auch in der Probe kann ein Fehler sein – die mögliche Lösung stimmt zwar eigentlich, nur man "beweist" sich, dass es nicht stimmt ... sehr demotivierend.

Zuletzt gibt es noch die Fehler, die sich gegenseitig aufheben: Wenn z.B. die mögliche Lösung falsch ist, man aber in der Probe sich so verrechnet, dass die Gleichung trotzdem zu stimmen scheint. Gottseidank ist das unwahrscheinlich, und mit diesem Risiko muss man halt leben, als Schüler/in und auch sonst.

* Mathematiker kennen solche Verfahren, die immer wieder die Hälfte einer Menge bilden, unter dem Begriff "Bisektion", Informatiker als "divide and conquer".

Samstag, 22. Februar 2014

Gleichungsaufgaben, Gleichungsaufgaben (erweitert 25.2.2014)

Hier kommen weitere Aufgabenblätter (nach den Termaufgaben), die ich in den letzten Tagen geschrieben habe. Da Gleichungsaufgaben gerade aktueller Stoff sind, werde ich dieses Posting nach und nach um weitere Aufgabenblätter ergänzen. Auch hier gibt es wieder rein rechnerische Aufgaben wie auch Textaufgaben.

Schriftliche Lösungen gibt es derzeit dazu nicht. Wenn jemand zu einer Aufgabe eine Lösung oder Lösungshinweise – oder auch eine Anmerkung oder Frage zum Vorgehen – haben möchte, bitte einen Kommentar schreiben oder eine E-Mail an harald_m_mueller@gmx.de senden.

Gutes Gelingen!

Termaufgaben, Termaufgaben, Termaufgaben

Hier stelle ich nun endlich einmal eine Reihe von Aufgabenblättern zur Verfügung, die ich in den letzten zwei Monaten geschrieben habe. Dieses erste Posting enthält "Termaufgaben" – sowohl rein rechnerische Aufgaben wie auch, später, Textaufgaben.

Schriftliche Lösungen gibt es derzeit dazu nicht. Wenn jemand zu einer Aufgabe eine Lösung oder Lösungshinweise – oder auch eine Anmerkung oder Frage zum Vorgehen – haben möchte, bitte einen Kommentar schreiben oder eine E-Mail an harald_m_mueller@gmx.de senden.


Gutes Gelingen!

Donnerstag, 20. Februar 2014

Lineare Gleichungen lösen

Unter "eine lineare Gleichung lösen" habe ich nur lapidar geschrieben:
  • Man bringt immer die Variablen auf die eine Seite und die "Konstanten" (die addierten und subtrahierten Zahlen) auf die andere Seite.
Ich merke aber ("am lebenden Objekt"), dass hier offenbar mehr Anleitung nötig ist. Ich beschreibe hier einmal das ideale Vorgehen; wenn ich Zeit finde, zeige ich vielleicht später ein paar nicht so gute Beispiele samt besseren Varianten.

Bei einer linearen Gleichung findet man die mögliche Lösung in folgenden drei "Phasen":
  1. Wenn sie Summenbrüche enthält, diese Brüche zerlegen! ⇒ dann vereinfachen.
  2. Nur mit Plus und Minus die Variablen auf eine Seite "sortieren", die Konstanten (Zahlen) auf die andere ⇒ dann wieder vereinfachen.
  3. Nur mit Multiplikation oder Division den Faktor vor der Variablen auf 1 bringen.
Wenn man es kann, geht es bei manchen Gleichungen auch "trickreicher", "schneller" – aber das ist dann kein Verfahren, und daher geht es immer wieder schief.
Hier gibt es, wie an vielen Stellen, ein pädagogisches Problem: Schüler haben manchmal gar nicht unpassende (z.B. die Rechnung verkürzende) Ideen, wie man vorgehen könnte, die aber dem Verfahren zuwiderlaufen. Soll man sie nun zwingen, ihre gute Idee zu "verleugnen" = sie demotivieren = "Ideen sind schlecht"? oder sie ihre Idee ausprobieren lassen = sie in die Irre laufen lassen, weil nicht alle Ideen immer funktionieren? Meine versuchsweise Antwort: Manchmal eine Idee ausprobieren lassen, weil "Ideen haben" so wichtig ist in der Mathematik, auch falsche Ideen!!; aber häufiger die "Idee zur Seite legen": "Das könnte man machen, aber wir üben nun einmal das Verfahren, das immer geht.")
Hier ist eine "regelgerecht gelöste" lineare Gleichung. Die fetten Stellen zeigen, wo sich gegenüber der vorherigen Zeile etwas geändert hat. Die punktierten Linien habe ich eingefügt, weil man sich sonst einem "Formelgebirge" gegenübersieht, dass man gleich verzweifelt ...


Ganz schön lang ... aber länger wird es kaum, bei den meisten linearen Gleichungen geht es schneller. Bitte beachten: Alle = stehen senkrecht untereinander!

Achtung: Das ist nicht die ganze Lösung! – was fehlt noch? Klar:
  • Am Anfang die Angabe einer Grundmenge (wenn nicht anders angegeben, sind das die rationalen Zahlen, also das "komische Q"),
  • die Probe,
  • und die Angabe der Lösungsmenge.
Hier sind diese Teile:


Und jetzt sind wir wirklich fertig!

Ein langer Text für ein Thema, das manchen vielleicht einfach vorkommt: Aber unsere Kinder müssen das alles lernen (und die Menschheit hat ungefähr drei Jahrtausende gebraucht, bis sie das systematisch zusammengebracht hat – so circa von den Babyloniern bis um 1200 herum; allerdings waren die Ägypter, die Griechen und die Araber und wohl auch die Chinesen und die Inder alle schon soweit, dass sie solche Gleichungen lösen konnten – sie taten sich nur schwer mit dem Erklären, wie's geht).

Eine organisatorische Anmerkung

Dieses Blog entsteht sozusagen "evolutionär": Ich schreibe einerseits neue Postings, aber andererseits ergänze ich vorhandene Postings und Seiten – insbesondere die Seite mit den Regeln.

Um einen Hinweis auf Änderungen zu geben, versuche ich einmal Folgendes: Ich markiere Überschriften geänderter Abschnitte in dunkelrot und schreibe das Änderungsdatum dahinter; nach ca. zwei Wochen nehme ich die rote Markierung dann weg. Schaun wir einmal, ob das funktioniert ...

Ergänzung 25.2.2014: Ich denke, folgende Ergänzung ist sinnvoll, damit man nicht immer alle Seiten nach Änderungen absuchen muss: Auf der Seite Änderungen an vorhandenen Seiten und Postings schreibe ich eine Änderungshistorie mit.

Montag, 17. Februar 2014

5.3. Klammerregeln - Das Multiplizieren von Summen

5.3.1. bis 5.3.8.
Das sind typische Termvereinfachungsaufgaben. Zur Überprüfung des Endergebnisses kann man z.B. wolframalpha verwenden (ich erkläre gleich, wie), aber das Hinschreiben des Ergebnisses zählt nicht als Lösen der Aufgabe! Dazu muss man Ausrechnen mit Rechengang – und dabei helfen einem wolframalpha und ähnliche Werkzeuge nicht.

Zur Verwendung von wolframalpha: Wenn man diese Webseite öffnet, gibt man zuerst ein simplify und dann den Term. Dabei ist zu beachten:
  • Statt eines Komma muss ein Punkt eingegeben werden, z.B. 3.5 statt 3,5 (wie in englischsprachigen Ländern üblich).
  • Brüche als Faktor werden erkannt: ½x kann man eingeben als 1/2 x.
  • Gemischte Zahlen kann man auch eingeben, z.B. 3 1/2.
  • Für Potenzen verwendet man ^, z.B. (x+1)^2 für (x+1)2.
  • Für "hoch zwei" und "hoch drei" kann man stattdessen auch die kleinen Zeichen ² und ³ verwenden, wenn man sie auf der Tastatur findet ...

Hier ist ein Beispiel einer Eingabe ...


... und des Ergebnisses:



Aber nocheinmal betont: Das Vereinfachungsergebnis alleine reicht nicht als Lösung für solche Aufgaben – der Rechengang muss nachvollziehbar sein!

5.3.12.
Hier sind teils doppelte Fehler enthalten, und manche Rechenschritte sind so absurd, dass ich den Fehler gar nicht benennen könnte. Lieber eine korrekte Lösung hinschreiben und dazusagen: "So geht's richtig."

5.3.13. und 5.3.14.
Diese Aufgaben sind Zusammensuch-Aufgaben: Die Aussage, dass nur ganzzahlige Seitenlängen verwendet werden, ist wichtig; und man muss wissen, wie man 289 zerlegen kann.

5.3.16.
Auch das sind lauter Zusammensuch-Aufgaben. Die grauen Flecken innerhalb einer Aufgabe können verschiedene Teilterme darstellen – ich denke, dass man stattdessen verschiedene Symbole (z.B. Smileys wie hier) einsetzt, dann "ausrechnet" und die Ergebnisse vergleicht ... ein mehr oder weniger nettes Suchspiel.

5.3.17.
Anmerkung: Bei b) ist in meiner Ausgabe des Buches wohl ein Druckfehler: Statt "14, 15" sollte hier wohl eher "13, 14" stehen – ich wüsste nicht, wie man 5.3.15 "ähnlich" stellen kann.

5.3.21.
Das Wort "Gewinn" ist in dieser Aufgabe (für mich) verwirrend – meint es
  1. den "Umsatz" (also beim Originalpreis von 8€ den Wert 16000€)?
  2. den "wirtschaftlichen Gewinn"? - den kann man nicht feststellen, weil man seine Einstandskosten nicht kennt.
  3. den "Mehrgewinn" relativ zum Gewinn beim Preis von 8€?
Ich würde den letzten Punkt wählen ... auch wenn mich das leicht irritiert. In der Schule wird der Lehrer das sicher richtigstellen.

5.3.22.
Auch diese Aufgabe ist etwas mehrdeutig: Ein Würfel hat keine "Breite" – wenn man sie nun aber wie gefordert verkürzt, bleibt die Grundfläche ein Quadrat (d.h. "Breite und Tiefe" werden verkürzt), oder bleibt die "Tiefe" gleich? Man kann natürlich für beide Fälle eine Lösung suchen – vielleicht eine gute Übung!

Samstag, 15. Februar 2014

6.1. Gleichungen - Durch Probieren und Überlegen zur Lösung

6.1.1.

6.1.3.
y = 3x + 2:
"Die Anzahl der Mädchen" ist gleich "dreimal die Anzahl der Jungen plus 2".
oder: Die Anzahl der Mädchen ist um 2 größer als die dreifache Jungenanzahl.
oder: Dreimal soviele Jungen sind noch immer zwei weniger als die Mädchen!


6.1.4.
"Wenn man die Anzahl der roten Äpfel verdoppelt, dann übersteigt ihre Anzahl die der grünen um 4"
⇒ Wenn man y verdoppelt, dann übersteigt das den Wert x um 4
⇒ 2y übersteigt x um 4
⇒ 2y = x + 4

6.1.5.
a) | x | = 7: Dann muss x gleich 7 oder gleich –7 sein. Formal geschrieben: L = { 7; –7 } (und weil die Reihenfolge in einer Mengenangabe egal ist, gilt auch L = { –7; 7 }).
b) | x – 4 | = 2:
  • Erster Fall: x – 4 = 2 ... kann man leicht lösen.
  • Zweiter Fall: x – 4 = –2 ... kann man auch leicht lösen.
L = { 6, 2 }

6.1.6.
c) Wissen und Erkennen: Ein Produkt ist dann 0, wenn mindestens einer der Faktoren 0 ist.
Damit dieses Produkt also 0 wird, muss einer von drei Fällen eintreten:
  • (x – 1) = 0
  • (x – 2) = 0
  • (x – 1) = 0 und (x – 2) = 0
Für jeden Fall kann man sich nun eine Lösung überlegen (und kommt dabei drauf, dass der dritte Fall nicht sein kann).
e) geht analog zu c).
g) Wissen und Erkennen: Das Quadrat einer Zahl ist nie negativ, sondern immer ≥ 0.
j) 1 plus wieviel ist 1? Und was zum Quadrat ist dieses "wieviel"?

6.1.7.
b) Man addiert was zu 25 und kriegt was Kleineres!
a) Aufzeichnen auf einer Zahlengeraden.
d) wie a)
c) Bitte nicht mehr mit Zahlengerade (obwohl es auch geht) ... das ist sogar für mich verwirrend. Hier hilft (mir) nur mehr durchprobieren!


6.1.8.
a),b),... Wissen und Erkennen: Lineare Gleichungen haben in der Regel genau eine Lösung
d) Wissen und Erkennen: Das Quadrat einer Zahl ist nie negativ, sondern immer ≥ 0. Das Minus vor dem Quadrat erzeugt daher immer eine Zahl ≤ 0.
e) Wissen und Erkennen: Quadratische Gleichungen haben in der Regel zwei Lösungen
f) Wissen und Erkennen: Gleichungen, wo genau ein Betrag |...| vorkommt, verhalten sich wie quadratische Gleichungen.

6.1.9.
Bei dieser Aufgabe ist nicht danach gefragt, die Gleichungen "aufzulösen"! Stattdessen sollen die Lösungen mit Termtabellen gefunden werden. Möglichkeiten:
  • Je Aufgabe zwei normale ("waagrechte") Termtabellen (wie sie etwa im Abschnitt 3.1. des Buches eingeführt wurden – siehe z.B. S.53). Vorteil: Die Schülerin kennt diese Art des Aufschreibens.
  • Je Aufgabe eine "senkrechte dreispaltige Termtabelle" (wie sie etwa auf S.111 gezeigt wird). Vorteil: Beispiel im Buch – Nachteil: Jetzt ist die Tabelle plötzlich senkrecht ...
  • Je Aufgabe eine "waagrechte dreizeilige Termtabelle". Die ist einer Erweiterung der Termtabellen aus Abschnitt 3.1 um eine weitere Zeile, sodass man in die mittlere Zeile die Werte des linken Gleichungsterms einträgt, in die untere Zeile die Werte des rechten Gleichungsterms (in die oberste Zeile gehen natürlich die x-Werte). Vorteil: Logische Erweiterung von etwas Bekannten – Nachteil: Wird im Buch so nicht eingeführt (aber vielleicht durch den Lehrer?).

6.1.10.
Wissen und Erkennen folgender Regeln hilft zur Lösung einiger Gleichungen:
Den Rest löst man durch Raten und Prüfen mit den übrigbleibenden Werten.

6.1.12.
"Set an equation" ist eine etwas komische Ausdrucksweise für "Erstelle eine Gleichung". Üblicher wäre "Write an equation", "Provide ...", "Create ...".


6.1.13.
Welche Zahl muss man von 19 subtrahieren, um das Doppelte von 2 zu erhalten?
Umformuliert: 19 minus irgendwas muss gleich (2 mal 2) sein.
Und als Gleichung: 19 – x = 2 ⋅ 2

Subtrahiert man 3 vom Quadrat einer Zahl, erhält man das Dreifache der Zahl:
Umformuliert: Zahl2 – 3 ist dasselbe wie Zahl mal 3.
Und als Gleichung: x2 – 3 = 3x

6.1.18.
a) Man kann einfach die vielen s in der Zeichnung zusammenzählen. Vielleicht sieht man aber, dass sie in Paaren vorkommen ...
b) Das muss der Schüler unbedingt selber rauskriegen: Denn dieses "Skalieren aller Teile" muss man sich vorstellen. Ein paarmal Raten und Prüfen ist hier erlaubt. Dann sollte man aber die Gleichung zusammenbringen.
c) Wenn's unbekannt ist: Ein DIN-A4-Blatt ist ein Sechzehntel eines DIN-A0-Bogens, der genau einen Quadratmeter groß ist.

6.1.19.
Wissen und Erkennen folgender Regeln hilft zur Entscheidung bei einigen Gleichungen:

6.1.21.
a), b) Wissen und Erkennen der speziellen Fälle folgender Regel hilft: Lineare Gleichungen haben in der Regel genau eine Lösung.
c), d), e): Hier muss man Raten und Prüfen, und zwar mit verschiedenen Formen von Gleichungen. Dabei ganz einfache Formen wie

    x = ...eine feste Zahl...

nicht außer Acht lassen!

6.1.22.
Spannend, und in der 7. Klasse nahezu eine Trickaufgabe, ist h): Wenn man weiß, dass (–1)ungerade Zahl = –1, geht es leicht – aber das wollen wir hier nicht voraussetzen.
Man könnte auch draufkommen, dass –m = – – –m ist und daher –b6 = – – –b6, und dass ein Minus nichts anderes als eine Multiplikation mit –1 ist, was man dann schlussendlich passend umsortieren kann ...

Schüler, die mit Grundlegenderem kämpfen, sollten diese Aufgabe meiner Meinung nach überspringen, außer sie sind neugierig drauf, wie's geht (das ist immer ein Grund, eine Lösung zu versuchen ... mit einigem Raten und Prüfen, dann gegenseitigem Erklären).

6.1.23.
Wie in der Randspalte steht: Ein Produkt ist dann 0, wenn mindestens einer der Faktoren 0 ist.

Aufgabe der Woche
Zuerst einen Term für die Anzahl der Diagonalen erstellen (erraten) – das ist eine Aufgabe wie im Abschnitt 3.1. Dafür genau das Vorgehen einhalten: Termtabelle mit mindestens 3, besser 4 Termen aufstellen (und doppelt nachrechnen); Term erraten; Term gegen die Tabelle prüfen (ich beschreibe es bald mit einer Regel). Auch die Termberechnung für das Zwölfeck gehört noch zu 3.1.
Das Gleichungslösen für das Ergebnis 90 kann man durch Raten und Prüfen (z.B. Erweitern der Termtabelle) machen, oder sonst wie ...