Unterrichtsmaterialien Mathematik: Ganze Werke Seite 12/34
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Mathematik
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Kugeln und berührende Flächen
Dieses Material bietet Ihnen drei Aufgaben aus dem Bereich der Analytischen Geometrie an, bei denen Kugeln und die Kugeln berührende Ebenen im Mittelpunkt stehen. Da der Kugelradius senkrecht auf der berührenden Ebene (Tangentialebene) im Berührpunkt B auf dem Radius steht, spielt der Normalenvektor bei der Lösung der Aufgaben eine entscheidende Rolle. Die Schülerinnen und Schüler lernen, ihre bereits erworbenen Fähigkeiten in der Analytischen Geometrie im räumlichen Koordinatensystem sicher anzuwenden. Sie bestimmen Mittelpunkte und Radien von Kugeln, jeweils den Berührpunkt von Kugel und Ebene sowie die Gleichungen der berührenden Ebenen.
Gesamtwerk
Flugzeug und Ball
Am Beispiel eines Flugzeugs und eines Balls betrachten die Schülerinnen und Schüler eine geradlinige, gleichförmige Bewegung. Anhand vorgegebener Positionen des Flugzeugs treffen sie Vorhersagen darüber, zu welchen Zeitpunkten es andere Punkte erreichen und wie hoch es dabei fliegen wird. Ferner untersuchen die Lernenden, welchen Weg ein geworfener Ball in einem quaderförmigen Raum zurücklegt. Dabei muss auch das Abprallen an den Wänden in die Überlegungen mit einbezogen werden.
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Kreise
In zwei Aufgabenblättern beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit einer Reihe von Aufgaben zum Thema Kreis. Anhand der Gleichungen bestimmen sie Mittelpunkte und Radien, berechnen Schnittpunkte und stellen Tangentengleichungen auf. Auch das Aufstellen einer Kreisgleichung anhand gegebener Tangenten oder Punkte ist Teil der Aufgaben. Ferner stellen sich die Lernenden der Frage, ob gegebene Kreise symmetrisch in Bezug zu einer Geraden sind. Indem sie zu einzelnen Beispielen Skizzen anfertigen, vereinfachen die Schülerinnen und Schüler sich die Aufgaben.
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Gesamtwerk
Die Entdeckung der eulerschen Zahl
Mathematik betreiben, ist mehr als rechnerisches Kalkül. Dass die Mathematik über das bloße Anwenden und Ausrechnen auch Argumentieren bedeutet, rückt immer wieder in den Hintergrund. Oftmals stehen Rechenverfahren und deren Anwendung zu sehr im Vordergrund. In diesem Beitrag wird das Verständnis der Herleitung der Zahl e, das damit verbundene Erkenntnisinteresse der Einführung der eulerschen Zahl in die Mathematik und die besonderen Eigenschaften und Gesetzmäßigkeiten in der Differentialrechnung von e-Funktionen gefördert und kann durch die detaillierte Betrachtung der Herleitung vertieft und nachhaltiger gelernt werden.
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Fit fürs schriftliche Mathematik-Abitur
In diesem Beitrag finden Sie Klausuren für den Grund- bzw. Leistungskurs zur Bearbeitung ohne (hilfsmittelfrei) und mit dem GTR bzw. CAS aus den Bereichen Analysis, Analytische Geometrie und Stochastik. Die Bearbeitung der Klausuren soll zur Vorbereitung auf das schriftliche Abitur dienen. Eine Bepunktung der einzelnen Aufgaben, eine Bearbeitungszeitvorgabe sowie ein Bewertungsraster sorgen dabei für realistische Bedingungen.
Verwandte Themen
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MINT Zirkel – Ausgabe 1, März 2023
Ob Pandemien die Rache der Natur sind, wie man fürs Klima experimentieren kann, wie uns Entchen zu den Müllstrudeln der Welt führen und warum das Integrationfach WAT/AWT an seine Grenzen gerät, erfahrt ihr in der neuen Ausgabe von MINT Zirkel. Außerdem sind wieder ein paar Zusatzmaterialien für euch dabei. Jetzt reinschauen!
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Wer kann unterstützen?
Das Leben wird heute von vielen Kindern und Jugendlichen als schwierig und krisenhaft wahrgenommen. In der Schule tun sich einige schwer mit dem Lernen, manche zeigen Auffälligkeiten im Zusammensein mit anderen und nicht wenige erkranken an einer psychischen Störung. Der Unterstützungsbedarf über den Unterricht hinaus ist groß. In diesem Heft zur Frage „Wer kann unterstützen?“ finden Sie nach einer Einführung mit Einblicken in die Praxis und einem Überblick über schulinterne Unterstützungssysteme verschiedene konkrete Formen der Unterstützung in Schule. Beiträge zu Schulsozialarbeit und Schulpsychologie, aber auch zu evangelischer und islamischer Schulseelsorge sowie zu Kunsttherapie lassen deutlich werden, welches Potenzial diese Möglichkeiten für die Menschen an Schulen haben, die der Unterstützung bedürfen. Ein Artikel zur Schulbegleitung und ein Praxisbericht runden den Thementeil ab und zeigen auf, dass Kooperation und Multiperspektivität wichtige Elemente einer adressatenorientierten Schulentwicklung sind. Aus dem Inhalt: „Niemals hat mich jemand gefragt, wie es mir geht“ – Warum ist Unterstützung an der Schule wichtig und wer kann diese leisten? Unterstützung im Schulalltag. Kooperieren und vernetzen im schulinternen Unterstützungssystem; Allrounder im Dienst von Kindern und Jugendlichen. Schulsozialarbeit als breit aufgestelltes Unterstützungsangebot; Nah an Lernenden und Lehrenden. Die Chancen schulpsychologischer Hilfssysteme; (Denk-)Räume öffnen. Schulseelsorge als Anlaufstelle - Geistlicher Beistand für alle Schüler:innen? Zur Notwendigkeit einer muslimischen Schulseelsorge in Theorie und Praxis; „Meine Wut ist heute dunkelgrün!“ Von Gefühlssternen und Wutmonstern in der schulintegrierten Kunsttherapie - Schulassistenz. Schüler:innen mit Beeinträchtigungen im Klassenzimmer unterstützen; Von Diagnostik und runden Tischen. Zwei Beispiele, wie Schule Unterstützungssysteme nutzen kann; Unterricht mit Instagram & Co. Social-Media-Beiträge zum kompetenzorientierten Lernen nutzen; Sichere Apps für digitales Lernen. DSGVO-konforme Software für Unterricht und Schule; Hamstern und Horten. Eine ausführliche Textarbeit zur Vertiefung von verschiedenen Aufgabenformaten; Tiny-Häuser für Obdachlose. Übungsaufgaben zur Flächen- und Volumenberechnung; Sexual Tolerance. Anhand von Filmhelden auf Englisch über ein Tabuthema sprechen; Über Gerechtigkeit sprechen. Philosophieren mit Kindern und Jugendlichen; Der Vertrag von Versailles. Die Forderungen und Beschlüsse der Siegermächte; Wenn die „Pumpe“ schlapp macht. Drei Kreislauferkrankungen mit Fallbeispielen kennenlernen; Nachhaltig lernen. Ressourcen für die Verwirklichung persönlicher Ziele; Bildungsaufgaben und -fragen. Rezensionen.
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Ist das Spiel fair?
Die Schülerinnen und Schüler konstruieren in diesem Beitrag faire und nicht faire Spiele am Beispiel eines Glücksrads. Dabei modellieren sie passende Zufallsgrößen und berechnen etwa den erwarteten Auszahlungs- oder Gewinnbetrag. Die Jugendlichen wenden geschickt die Pfadregeln und kombinatorische Überlegungen an, um im Vorfeld Ereigniswahrscheinlichkeiten zu bestimmen.
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Ereigniswahrscheinlichkeiten berechnen
Ob ideal, gefälscht oder völlig ausgefallen beschriftet – in diesem Beitrag dreht sich alles um Würfel. Die Jugendlichen erforschen abwechslungsreiche Zufallsexperimente und setzen ihr Können und Wissen gezielt ein. Sie bestimmen dabei kreativ Ereigniswahrscheinlichkeiten, wenden die Binomialverteilung an und berechnen Erwartungswerte und Standardabweichungen.
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Grundlegende Kombinatorik
In diesem Beitrag erfahren die Jugendlichen, wie man komplexe Probleme aus der Technik und dem Alltag mathematisch modellieren kann. Dabei lernen Sie die vier Urnenmodelle kennen und unterscheiden zwischen Variationen, Kombinationen und Permutationen. Der interdisziplinäre Unterricht stärkt die Motivation der Schülerinnen und Schüler und zeigt auf, welche enorm wichtige Rolle die Kombinatorik in technologischen Fragestellungen spielt.
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Wahrscheinlichkeiten bei einer Kugelpyramide
Pyramiden sind Schülerinnen und Schülern als geometrische Körper bzw. aus dem alltäglichen Leben bekannt. Setzt man eine Pyramide aus Kugeln zusammen und versieht die einzelnen Kugeln auf der Oberfläche (Mantelfläche) der Pyramide jeweils mit einem Punkt, so bieten die bepunkteten Kugeln die Grundlage für unterschiedliche Zufallsexperimente. Zur Lösung der Aufgaben setzen die Jugendlichen (vereinfachte) Baumdiagramme, bedingte Wahrscheinlichkeiten, die Binomialverteilung oder Sigma-Intervalle ein. Zudem überprüfen sie, ob zwei Ereignisse stochastisch abhängig oder unabhängig sind; sie testen Hypothesen und berechnen den Fehler 2. Art beim Hypothesentest.
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Anwendungen der Analysis
Dieser Beitrag bietet eine Reihe von Textaufgaben, die jeweils durch Bilder unterstützt werden. Es geht um den Zusammenhang zwischen Längen, Flächen und Volumina, und wie unter bestimmten Umständen von einem aufs andere geschlossen werden kann. Dabei ist zunächst vor allem das Verstehen der Aufgabenstellung erforderlich. In vielen der Beispiele geht es um anschauliche Dinge des Alltags, wie einem Sportplatz, einer Brücke oder ein Gefäß, sodass die Schülerinnen und Schüler nicht nur ihr mathematisches Können trainieren, sondern auch ihre Fähigkeiten zur Abstraktion.
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Eine runde Sache
Nur eine Funktion mit einer einzelnen unabhängigen Variablen ist die notwendige Voraussetzung für die Lösung einer solchen Extremwertaufgabe. Da sich aus der Aufgabenstellung meist Funktionsgleichungen mit zwei oder mehreren unabhängigen Variablen ergeben, sind die Nebenbedingungen erforderlich mit deren Hilfe dieses Ziel – Funktionsgleichungen mit genau einer unabhängigen Variablen – erreicht werden kann. Das Ermitteln dieser Nebenbedingungen ist das eigentliche Problem. Dabei helfen in der Regel Skizzen, die den Sachverhalt der Aufgabenstellung prinzipiell darstellen und so das Finden der Lösungsidee erleichtern. Den Schülerinnen und Schülern wird auch bewusst, wie wichtig der Nachweis der rechnerisch ermittelten lokalen Extrema ist, um für das zu lösende Problem falsche bzw. nicht sinnvolle Ergebnisse auszuschließen.
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Extrempunkte, Wendepunkte, Tangente
In sechs Übungstests aus dem Bereich der Analysis befassen sich die Schülerinnen und Schüler mit verschiedenen Funktionen. Im Rahmen von Kurvendiskussionen bestimmen sie Ableitungsfunktionen, Null- und Extremstellen sowie Wendepunkte. Ferner wenden sie die Integralrechnung zum Bestimmen von Flächeninhalten an. Jeder der Tests bietet auch eine Zeitvorgabe und ein Bewertungsschlüssel hilft Ihnen bei der Beurteilung des Leistungsstandes Ihrer Schülerinnen und Schüler. Alternativ können die Jugendlichen die Tests und die Zeitvorgaben auch zur Selbstüberprüfung unter realistischen Prüfungssituationen nutzen.
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Abschnittsweise definierte Funktionen
In diesem Beitrag beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit einer Reihe von Aufgaben, die sich um abschnittsweise definierte Funktionen drehen. Dabei kommen sowohl rationale Funktionen als auch Exponential-, Wurzel- oder Logarithmusfunktionen vor. Die Lernenden überprüfen die Stetigkeit und Differenzierbarkeit dieser Funktionen und betrachten das Monotonieverhalten. Auch Symmetrien der Funktionsgraphen werden näher untersucht. Kurvendiskussionen und Flächenberechnungen per Integral runden den Umfang der Aufgaben ab.
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Abstandsberechnungen im Raum
Der Abstand zweier geometrischer Objekte ist die Länge der kürzesten Verbindungslinie zwischen den Objekten. Die kürzeste Verbindungslinie verläuft entlang der Lotgeraden von einem Objekt zum anderen. Mit den Mitteln der analytischen Geometrie bestimmen die Schülerinnen und Schüler die Abstände zwischen Punkten, zwischen Punkt und Gerade bzw. Punkt und Ebene sowie zwischen parallelen bzw. windschiefen Geraden und parallelen Ebenen. Sie wenden die Abstandsberechnung dann z. B. bei der Berechnung von Geschwindigkeiten oder bei der Bestimmung von Volumina an. Ihre Ergebnisse kontrollieren die Jugendlichen mithilfe eines Kreuzworträtsels oder eines Wortgitters
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Kegel und Zylinder
Kegel und Zylinder sind Körper, die auf einem Kreis als Grundfläche beruhen. Während sich jedoch ein Kegel zu einer Spitze hin verjüngt, wird der Zylinder von einem weiteren Kreis als Deckfläche begrenzt. In diesem Beitrag beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit diesen beiden Körpern und ihrer Lage im dreidimensionalen Raum. Sie finden heraus, ob sich gegebene Punkte innerhalb oder außerhalb eines Zylinders befinden oder bestimmen die Koordinaten der Spitze eines Kegels. Ferner ermitteln sie die Neigungswinkel von Mantelflächen und untersuchen das Verhalten eines Lichtstrahls, der an einem der Körper reflektiert wird.
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Pyramiden mit drei oder vier Seiten
In diesem Beitrag führen die Schülerinnen und Schüler geometrische Untersuchungen an Pyramiden durch. Dabei stellen sie Gleichungen für Geraden oder Ebenen auf, welche die Kanten und Seiten dieser Körper bilden und ermitteln die Koordinaten von fehlenden Punkten. Oberflächen- und Volumenberechnungen sowie das Bestimmen von Winkeln sind ebenfalls Teil der Aufgaben.
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Grundvorstellungen unterrichten
Wer Neues versteht und mit eigenen Erfahrungen verbindt, lernt es besser – das ist eine Binsenweisheit, die gerade auch für das Lernen von Mathematik gilt. Hier spielen die Grundvorstellungen eine wichtige Rolle. Wie können wir also die Entstehung und Entwicklung von Grundvorstellungen fördern? Die Beiträge in dieser Ausgabe zeigen auf, wie sich Grundvorstellungen vom Beginn der Schulzeit bis in die Sekundarstufe II hinein entwickeln - quer durch die Inhaltsgebiete, von Grundrechenarten bis zur analytischen Geometrie. Dabei wird deutlich, dass es sich bei Grundvorstellungen nicht um statische Vorstellungsbilder handelt, sondern um ein lebendiges System, das mit fortschreitendem Kompetenzaufbau zunehmend erweitert und vernetzt wird. Aus dem Inhalt: Situationen und Rechnungen verstehen, Dezimalbrüche subtrahieren; Vorstellungen zur Wahrscheinlichkeit in Worte fassen; Spiele zum Üben und vernetzen. Die zugehörige MatheWelt "Anteile bilden und Brpche verstehen mit WABIs" lässt Schüler:innen mit didaktischem Legematerial einen grundvorstellungsbasierten Einstieg in die Bruchrechnung erleben.
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Die Rolle von CAS beim Lernen, Lehren und Prüfen
Das Heft behandelt drei Themenbereiche: Im ersten Teil geht es um die Chance, bei Nutzung digitaler modularer Mathematiksysteme (MMS genannt) verschiedene Darstellungsformen dynamisch miteinander zu vernetzen, wobei die symbolische Darstellungsform und damit das Werkzeug CAS eine zentrale Rolle spielt, weil damit auch die Durchführung mathematischer Operationen möglich ist. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der wichtigen Rolle des Prüfens mit MMS. Eine alte Weisheit sagt: „Was nicht geprüft wird, wird auch nicht unterrichtet“. Neben den vielfältigen grafischen Lösungsmöglichkeiten verändert vor allem der Einsatz von CAS-Werkzeugen die Prüfungsaufgaben. Im dritten Teil werden Hürden beim Arbeiten mit CAS angesprochen. Der produktive Umgang mit diesen Hürden kann aber auch als Chance für den Unterricht erachtet werden.
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MINT Zirkel – Ausgabe 4, Dezember 2023
Zum Abschluss des Jahres beschäftigt sich die letzte Ausgabe des MINT Zirkel 2023 mit einer Vielzahl an Themen. Es geht um das Surfen auf Plastik, Windenergie, kosmische Krisen, 3D Drucker und noch einiges mehr. Es gibt auch wieder zu den Themen Zusatzmaterialien für euren Unterricht. Schaut jetzt rein!
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MINT Zirkel – Ausgabe 3, September 2023
In der dritten Ausgabe MINT Zirkel 2023 findet ihr spannende Artikel zu Themen wie Stress, Lesen, der ISS, Astronomie, Upcycling und vieles mehr. Natürlich gibt es auch wieder zu den Themen Zusatzmaterialien die ihr im Unterricht verwenden könnt. Lest jetzt rein!
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MINT Zirkel – Ausgabe 2, Mai 2023
Sind Wind, Wasserstoff und Wärme die Lösung für eine grüne Zukunft? Was ist "The Blue Marble"? Kann man aus Lichtschaltern einen Computer bauen? Was gibt es für Angriffe im All? Wie kann man mit Experimenten den Klimawandel erklären? Diese und noch mehr Fragen klärt die zweite Ausgabe des MINT Zirkel 2023. Natürlich gibt es auch wieder neue Zusatzmaterialien für deinen Unterricht. Schaut jetzt mal rein!
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Parabeln und Integralrechnung
Parabeln mit festem Scheitelpunkt kennen die Jugendlichen bereits aus der Mittelstufe. Im Beitrag liegt der Scheitelpunkt jedoch variabel auf einer Parallelen zur x-Achse oder auf einer Geraden im 1. Quadranten und läuft durch einen weiteren festen Punkt. Ihre Schüler und Schülerinnen bestimmen mit weiteren Vorgaben die Parabelgleichung und berechnen die Fläche, die diese Parabel mit der x-Achse einschließt. Liegt der Scheitelpunkt auf einer Geraden, so bestimmen sie den Scheitelpunkt der Parabel mit dem maximalen Flächeninhalt. Abschließend werden die Aufgabenstellungen auf eine beliebige Parallele und eine beliebige Gerade im 1. Quadranten übertragen.
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Rotationskörper: Exponentialfunktionen
In dieser Aufgabensammlung befassen sich die Lernenden mit Funktionen, bei denen ein Exponentialterm im Zähler oder im Nenner vorkommt. Sie führen Kurvendiskussionen durch, bei denen sie Nullstellen sowie Extrem- und Wendepunkte bestimmen. Schließlich berechnen sie mittels Integration das Volumen, das durch Rotation eines Funktionsgraphen um die x-Achse entsteht.
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