Kreis – Seite 2 – MathCityMap

In der heutigen Aufgabe der Woche möchten wir eine Aufgabe aus einem MathTrail vorstellen, der im Rahmen eines Schülerprojektes zur Begabtenförderung der Universität Paderborn in Kooperation mit dem Paderborner Pelizaeus-Gymnasium entstanden ist. Mehr dazu finden Sie hier. Die daraus ausgewählte Aufgaben möchten wir im Rahmen eines kurzen Interviews mit Max Hoffmann, Begleiter des Projekts, vorstellen. An dieser Stelle möchten wir uns herzlich für die Kooperation und das Interview bedanken.

Aufgabe: Torbogen (Aufgabennummer: 1303)

Berechne das Volumen der Steine, die den Torbogen ergeben! Gib die Lösung in Kubikmetern an. (Gemeint ist nur der runde Teil des Bogens).

Wie kam Ihnen die Idee dieses Objekt in einer Aufgabe zu verwenden?

Auf der Suche nach Aufgaben für einen mathematischen Stadtrundgang durch die schöne Paderborner Innenstadt, haben die Schülerinnen und Schüler selbstständig diesen Torbogen nahe der Paderquellen ausgewählt. Die erste Idee bestand darin, den Flächeninhalt der Fläche, die durch den Torbogen begrenzt wurde, ausrechnen zu lassen. Ich hatte das Gefühl, dass diese Art Fragestellung typisch für Aufgaben war, die die Schülerinnen und Schüler aus Ihren Mathematikbüchern kannten. Nach einigem Nachdenken kam dann der Vorschlag die Aufgabe so abzuwandeln, dass das Volumen der Steine, aus denen Torbogen geformt ist ausgerechnet werden soll.

Welche mathematischen Tätigkeiten und Kompetenzen möchten Sie damit fördern?

Die Aufgabe spricht Modellierungskompetenzen an (Darstellung der Situation durch zwei Halbkreise) und erfordert das Auswählen und Ermitteln von, im Kontext sinnvollen, Messgrößen. Inhaltlich braucht es für das Lösen der Aufgabe die bekannten Formeln zur Kreisberechnung.

Haben Sie die Aufgabe bereits mit SchülerInnen bearbeitet bzw. in sonstiger Form Rückmeldung erhalten?

Die Aufgabe wurde von einer Kleingruppe entwickelt und die anderen Schülerinnen und Schüler des Projektes haben die Aufgabe ebenfalls gelöst und für gut befunden. Die Ergebnisse der ersten Gruppe konnten bestätigt werden. Desweiteren hat die Gruppe die Aufgaben bei der Projektabschluss-Veranstaltung an der Universität Paderborn präsentiert und durchweg positives Feedback bekommen.

Wie lässt sich das Alter eines Baumes mithilfe von Mathematik annähern? Mit dieser Frage befasst sich die aktuelle Aufgabe der Woche. Sie ist in dieser Form in Kappeln gestellt, lässt sich jedoch einfach und schnell auf andere Orte übertragen.

Aufgabe: Alte Eiche (Aufgabennummer: 1473)

Wie alt ist diese Eiche? Man weiß, dass eine Eiche mit einem Durchmesser (in Brusthöhe) von 50 cm ca. 110 Jahre alt ist.

Um die Aufgabe zu lösen geht man zunächst davon aus, dass das Wachstum der Eiche linear verläuft. Mithilfe der Angabe im Text lässt sich damit das durchschnittliche Wachstum pro Jahr bestimmen. Anschließend wird der Brusthöhenumfang gemessen und mithilfe des Zusammenhangs von Umfang und Durchmesser eines Kreises der Durchmesser bestimmt. Dieser führt dann zum Alter des Baumes.

Die Aufgabe lässt sich zum einen im geometrischen Bereich im Themenkomplex Kreis und zum anderen bei Proportionalität einordnen. Wird der Zusammenhang von Durchmesser und Umfang bereits zu diesem Zeitpunkt thematisiert, so kann die Aufgabe ab Klasse 6 eingesetzt werden.

Dass sich in vielen Verkehrsschildern eine geometrische Fragestellung finden lässt zeigt die heutige Aufgabe der Woche. Dabei geht es um das kreisförmige „Durchfahrt verboten“ Schild und insbesondere um die Frage nach dem Verhältnis von roter und weißer Fläche.

Aufgabe: Durchfahrt verboten (Aufgabennummer: 1102)

Wie viel Prozent der Fläche des „Durchfahrt verboten“-Schilds ist rot?

Zur Berechnung müssen die SchülerInnen ihr Wissen über den Flächeninhalt vom Kreis verwenden. Zudem ist zu beachten, dass das Schild nicht nur im Inneren weiß ist, sondern auch noch einen weißen Rand hat, der für eine exakte Berechnung mitberücksichtigt werden muss. Die SchülerInnen messen dafür die verschiedenen Radien, berechnen den Gesamtflächeninhalt und die Flächeninhalte der beiden weißen Flächen. Mittels Subtraktion ergibt sich der Flächeninhalt des roten Rings. Im letzten Schritt muss noch der prozentuale Anteil der roten Fläche berechnet werden.

Die Aufgabe ist im Bereich Geometrie einzuordnen, genauer bei Kreisen und Flächeninhalten und ist ab Klasse 7 lösbar. Andere Verkehrsschilder lassen sich in ähnlicher Art und Weise in geometrische Fragestellungen integrieren, beispielsweise das „Einfahrt verboten“ Schild bei einer Einbahnstraße. Insbesondere die verschiedenen ebenen Figuren bei Straßenschildern (Kreis, Dreieck, Rechteck, Achteck) motivieren hier vielfältige Aufgaben.

Die heutige Aufgabe der Woche dreht sich um geometrische Figuren. In der Aufgabe „Blechzylinder am Rhein“, lokalisiert in Köln, geht es um die Bestimmung des Radius eines Zylinders durch Messungen bzw. den Zusammenhang von Radius und Umfang eines Kreises.

Aufgabe: Blechzylinder am Rhein (Aufgabennummer: 1183)

Bestimme den Radius des Blechzylinders. Gib das Ergebnis in m an.

Die Aufgabe kann auch verschiedene Arten gelöst werden. Eine Möglichkeit ist den Zusammenhang von Kreisumfang und Durchmesser bzw. Radius auszunutzen. Das Ergebnis ergibt sich dann per Messung des Umfangs. Alternativ kann der Radius mithilfe des Zollstocks und geeignetes Anlegen (hier spielen der rechte Winkel sowie die Idee der Tangente eine Rolle) ermittelt werden.

Die Aufgabe ist dementsprechend in den Themenkomplex Kreis einzuordnen, dabei insbesondere bei der Formel zur Berechnung des Umfangs. Nichtsdestotrotz zeigt die Aufgabe, dass sich mathematische Aufgaben oft auf verschiedene Arten und ohne Kalkül lösen lassen. Obwohl die Aufgabe kein tiefgehendes Wissen zum Zylinder verlangt (abgesehen davon, dass die Grundfläche kreisförmig ist), kann die Aufgabe gerade in diesem Aspekt punkten und eine Verzahnung von ebener und räumlicher Geometrie verdeutlichen.

Sie ist ab Klasse 9 mit Erarbeitung des Kreises einzusetzen.

Die “Aufgabe der Woche” führt heute ins französische Lyon, enthalten im Trail „IFE“. Sie befasst sich mit einer Flächenberechnung der besonderen Art und zeigt auf spannende Art und Weise, welch vielfältige mathematische Ideen in alltäglichen Objekten stecken.

Aufgabe: Schlangenfläche (Aufgabennummer: 1129)

Das Metallgeländer der Feuertreppe hat die Form einer Schlangenlinie. Berechnen Sie die Oberfläche in m².

Bevor die SchülerInnen mit der Lösung des Problems beginnen können, müssen vorbereitende Überlegungen getroffen werden, z.B. ob die Steigung des Geländers relevant ist oder welche aus dem Unterricht bekannten Formeln zur Bestimmung der Länge des Geländers verwendet werden können. Dabei sollten die Schülerinnen erkennen, dass sich beim Abrollen der Geländerfläche die Form eines Parallelogramms ergibt. Bei zwei Rotationen der Treppe entspricht die Höhe dieses Parallelogramms gerade zweimal dem Umfang des Kreises mit der Stufenlänge als Radius. Mithilfe der Höhe des Geländers als Grundseite des Parallelogramms ergibt sich der Flächeninhalt der Schlangenfläche.

Es handelt sich damit um eine geometrische Fragestellung, die die Leitideen „Raum und Form“ und „Messen“ verbindet, indem die SchülerInnen geometrische Strukturen in der Umwelt erkennen sowie Größen messen und mithilfe dieser Berechnungen durchführen. Die Aufgabe ist insbesondere dem Themenkomplex „Kreis“ sowie dem Flächeninhalt von Parallelogrammen zuzuordnen und kann damit mit Behandlung der Formel für den Kreisumfang ab Klasse 8 eingesetzt werden.

Zudem zeigt die Aufgabe, dass viele Objekte vielfältige Fragestellungen motivieren können. Neben der Frage nach dem Flächeninhalt wäre es z.B. auch möglich, die Steigung des Geländers berechnen zu lassen.

Schlagwort: Kreis

Aufgabe der Woche: Torbogen

Aufgabe der Woche: Alte Eiche

Aufgabe der Woche: Durchfahrt verboten

Aufgabe der Woche: Blechzylinder am Rhein

Aufgabe der Woche: Schlangenfläche