Unterrichtsmaterialien Mathematik: Ganze Werke
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Mathematik
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Minusaufgaben im Zahlenraum bis 100
Mathematik ist unser ständiger Wegbegleiter. Wir nutzen täglich Zahlen in unserem Alltag, daher sind die Fähigkeiten des Rechnens, darunter auch des Minusrechnens, grundlegend, um in unserer Welt zurechtzukommen. Viele Kinder haben bereits vor Thematisierung der Subtraktion im Unterricht erste Vorstellungen davon, was Subtraktion bedeutet, nämlich dass etwas weniger wird. Diese Grundvorstellungen der Kinder müssen aufgegriffen und gefestigt werden, um tragfähiges Verständnis von Subtraktion zu bilden.
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Lösungsvielfalt durch Näherungsverfahren
Kurvendiskussionen, Flächen- oder Volumenberechnungen sowie Extremwertuntersuchungen bei einfachen, verketteten Wurzelfunktionen führen häufig zu Gleichungen, für die es keine in der Schule behandelten Lösungsalgorithmen gibt. Mit einem CAS-Rechner ist das Lösen solcher Gleichungen i. A. kein Problem. Im Mathematikunterricht und im Abitur sind in einigen Bundesländern aber keine CAS-Rechner, sondern nur einfachere wissenschaftlich-technische Rechner (WTR) zugelassen. Einige WTR bieten auch verschiedene Möglichkeiten, solche Gleichungen näherungsweise zu lösen. Die Anwendung solcher Verfahren ist ein besonderer Aspekt in diesem Material. Dadurch entsteht eine größere Vielfalt an Lösungsmöglichkeiten.
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Eigenschaften von Funktionen
Während in manchen Aufgaben dieses Materials die Eigenschaften bestimmt werden müssen, geht eine Reihe von Beispielen den umgekehrten Weg. Gegeben sind bestimmte Eigenschaften, anhand derer die Schülerinnen und Schüler herausfinden müssen, wie die zugehörigen Funktionsgleichungen lauten. Es handelt sich um anspruchsvolle Aufgaben, die sich an fortgeschrittene Schülerinnen und Schüler richten, die nach Herausforderungen suchen. In manchen Beispielen empfiehlt es sich auch, den Jugendlichen beratend und mit Tipps zur Seite zu stehen.
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Gesamtwerk
Schwimmwettkampf an der Badebucht
In einem konkreten und anschaulichen Beispiel werfen die Schülerinnen und Schüler einen genauen Blick auf das mathematische Modell eines Badesees. Dabei bestimmen sie mit den Werkzeugen der Analysis die Abgrenzungen des Ufers, die Wege zur Bucht sowie die Größe eines vorhandenen Parkplatzes. Für einen stattfindenden Schwimmwettkampf ermitteln sie verschiedene Varianten für eine Schwimmstrecke und untersuchen die Entwicklung der Besucherzahlen am Tag des Wettkampfs. Dabei wenden die Jugendlichen ihr Können und Wissen über Ableitungs- und Integralfunktionen sowie über Geradengleichungen an.
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Die Vase und andere Rotationskörper
Durch Rotation von Funktionsgraphen um die x-Achse entstehen Körper, deren Volumen die Schülerinnen und Schüler per Integralrechnung bestimmen können. Dabei lassen sich auch komplexere Körper durch abschnittsweise definierte Funktionen zusammensetzen. Auf diese Weise lassen sich auch reale Gegenstände wie eine Vase oder eine Glühbirne mit wenigen mathematischen Funktionen beschreiben. In den Aufgaben dieses Materials üben die Schülerinnen und Schüler die Integralrechnung, führen aber auch Kurvendiskussionen durch oder berechnen die Schnittpunkte verschiedener Funktionen.
Verwandte Themen
Gesamtwerk
Vielfache, Teiler und Primfaktoren
Der Umgang mit natürlichen Zahlen ist eine wichtige Basiskompetenz für Lernende. Unter anderem ist es wichtig, dass sie den Begriff „Primzahlen“ verstehen und die Teilbarkeitsregeln anwenden können, um auch bei großen Zahlen die Teilbarkeit einzuschätzen. Diese Einheit ermöglicht es den Lernenden, die dafür notwendigen Regeln zu verstehen und zu verinnerlichen, indem sie diese in den Übungsphasen durch unterschiedliche Übungsformen wie Einzelarbeit, spielerische Übungen, Tandemarbeit oder den Einbezug von LearningApps trainieren und anwenden.
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Zufallsexperimente handlungsorientiert unterrichten
Wie entwerfe ich Glücksspiele? Wie berechne ich die Gewinnwahrscheinlichkeiten eines Spiels? Die Antworten auf diese und andere Fragen erfahren die Lernenden in dieser lehrplanrelevanten Einheit zum Thema der Zufallsexperimente. Vermitteln Sie den Lernstoff anschaulich anhand von Aufgaben mit Lebensweltbezug. Mit bis zu dreifach differenzierten Aufgaben und einem Gruppenturnier fördern Sie die Selbstständigkeit der Lernenden.
Gesamtwerk
Vierfeldertafel und Baumdiagramm
Im Sachzusammenhang des gesellschaftlich relevanten Themas der Erwerbstätigkeit von Frauen lernt Ihre Klasse mit den statistischen Daten umzugehen, die sich in entsprechenden Erhebungen verstecken. Anhand eines Zeitungsartikels sollen die Daten mithilfe einer Vierfeldertafel strukturiert und anschließend die Darstellungsform der Vierfeldertafel und des Baumdiagramms miteinander verknüpft werden. Erklärvideos und LearningApps unterstützen dabei den Lernprozess und das selbstständige Arbeiten. Die Nutzung von GeoGebra dient dem Verständnisprozess. Differenzierung in drei Niveaustufen fördert die Lernenden individuell.
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Die verschiedenen Formen der Ebenengleichung
Ebenen lassen sich auf verschiedene Arten darstellen. Zunächst lernen die Schülerinnen und Schüler die Koordinatenform und die Parameterform der Ebenengleichung kennen und versuchen sich an Übungsaufgaben zu diesen Darstellungsvarianten. Danach befassen sie sich mit der allgemeinen Normalenform sowie der Hesse-Form. Dabei werden auch Anwendungsmöglichkeiten für Abstandsberechnungen und geometrische Ortsaufgaben präsentiert. In einer Reihe von Übungsbeispielen er-proben und festigen die Jugendlichen schließlich das Erlernte.
Gesamtwerk
Geraden, Ebenen, Pyramiden und besondere Punkte
In mehreren Aufgaben wenden die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen in der analytischen Geometrie an. Dabei erfordert der Weg zum richtigen Ergebnis es auch, Zusammenhänge aus dem Text der Angaben herauszulesen, um die Werkzeuge der Mathematik richtig einsetzen zu können. So müssen die Jugendlichen beispielsweise erkennen, dass die Mittelpunkte aller Kugeln, deren Oberfläche zwei gegebene Punkte enthält, auf einer Ebene liegen. Ein anderes Beispiel basiert auf der Erkenntnis, dass ein Eckpunkt der Grundfläche einer Pyramide sich mit Hilfe einer Geraden ergibt, die durch die Spitze und einem Punkte entlang der Seitenkante verläuft. Freude an Tüfteleien, kombiniert mit räumlichem Vorstellungsvermögen, wird den Schülerinnen und Schülern beim Lösen der Aufgaben eine große Hilfe sein.
Gesamtwerk
Reflexion und analytische Geometrie
Beim Billard, Squash oder auch beim Tischtennis kann man idealisierte Reflexionsvorgänge betrachten, wenn man besondere Voraussetzungen in der Ebene bzw. im Raum berücksichtigt. In diesem Beitrag untersuchen die Jugendlichen eine Reflexion eines Lichtstrahls an einer Spiegelebene, die den physikalischen Gesetzen folgt. Dies fördert insbesondere das räumliche Vorstellungsvermögen der Lernenden und verbindet Mathematik mit Physik.
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Die Poisson-Verteilung
Bei der Poisson-Verteilung handelt es sich um eine diskrete Verteilung, die auch als Verteilung der seltenen Ereignisse bekannt ist. In diesem Material lernen die Schülerinnen und Schüler die verschiedenen Arten kennen, auf die sie sich verwenden lässt. Zum einen kommt sie als Näherung für eine Binomialverteilung, also für eine große Zahl von Bernoulli-Experimenten zum Einsatz. Die zweite Einsatzmöglichkeit besteht darin, bei Ereignissen, bei denen nur ein Mittelwert bekannt ist, wie etwa der Untersuchung durchschnittlicher Häufigkeiten in einem Zeitintervall, kann mit ihrer Hilfe auf die Ereigniswahrscheinlichkeiten geschlossen werden. Zuletzt dient sie zur Beschreibung und Überprüfung von empirisch betrachteten Verteilungen. Die Schülerinnen und Schüler lernen zunächst anhand durchgerechneter Beispiele die einzelnen Verwendungsarten kennen, ehe sie das Gelernte selbst in einer Reihe von Aufgaben anwenden.
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Parabeln und Wahrscheinlichkeiten bei der Umgestaltung eines Flussbetts
Das vorliegende Material verknüpft Analysis und Stochastik miteinander, indem Aufgaben aus beiden Themenbereichen aufeinander aufbauen. Bei der Planung der Neugestaltung eines Flussbettes müssen die vorhandenen Gegebenheiten und gewisse Bedingungen berücksichtigt werden. Mit den Werkzeugen der Differential- und Integralrechnung untersuchen Ihre Schülerinnen und Schüler die bestehenden Sachlagen und benutzen sie, damit die gestellten Forderungen erfüllt werden. Im Rahmen der Neugestaltung soll an einer Straße neben dem Flussbett auch eine Werbetafel aufgestellt werden. Unterschiedliche Personengruppen, die die Straße benutzen, beachten die Werbung mehr oder weniger. Anhand der unterschiedlichen Beachtung der Werbung werden Aufgabenstellungen der Stochastik wie das Anwenden der Pfadmultiplikations- und Pfadadditionsregel, Berechnen von bedingten Wahrscheinlichkeiten oder die Anwendung der Binomialverteilung geübt. Benutzt werden hierzu Baumdiagramme und die Achtfeldertafel.
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Bernoulli-Ketten untersuchen
Bei diesem Unterrichtsmaterial lernen die Schülerinnen und Schüler, stochastisch sinnvoll mit verschiedenen Würfeln umzugehen. Ob farbige oder ideale Würfel, ob Würfel mit negativer Augenzahl oder gefälschte – jede Konstellation wird unter Berücksichtigung ihrer Eigenheiten untersucht. Anhand vielfältiger Übungsaufgaben wenden die Lernenden Binomialverteilung und Pfadregeln an, um Bernoulli-Ketten unterschiedlicher Art zu bestimmen.
Gesamtwerk
Unabhängigkeit von Ereignissen
Die Lernenden erkennen in diesem Unterrichtsmaterial, dass sich die stochastische Unabhängigkeit zweier Ereignisse in der Mathematik deutlich von der gängigen Alltagsvorstellung unterscheidet. Am Beispiel eines Baumdiagramms wird zunächst die stochastische Unabhängigkeit definiert. Anschließend erarbeiten sich die Lernenden weitere Erkennungsmerkmale und den Zusammenhang mit dem umgangssprachlichen Begriff der Unabhängigkeit. Schließlich übt Ihre Klasse das erworbene Wissen anhand von zahlreichen Aufgaben ein, ehe eine Lernerfolgskontrolle die Einheit abrundet.
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