Zwei Wege zu √3
AFB I–IIMia bestimmt \(\sqrt3\) mit dem Heron-Verfahren (Startwert \(x_0=2\)), Leon mit der Intervallhalbierung (Startintervall \([1;\,2]\)). Beide rechnen drei Schritte. Zum Vergleich: \(\sqrt3\approx1{,}7320508\).
- Berechne Mias Werte \(x_1\), \(x_2\) und \(x_3\) auf sieben Nachkommastellen.
- Ermittle Leons Intervall nach drei Halbierungen.
- Vergleiche die Genauigkeit beider Ergebnisse nach drei Schritten.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(x_1=1{,}75\); \(x_2\approx1{,}7321429\); \(x_3\approx1{,}7320508\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(m=1{,}5\): \(2{,}25<3\) → \([1{,}5;\,2]\). \(m=1{,}75\): \(3{,}0625>3\) → \([1{,}5;\,1{,}75]\). \(m=1{,}625\): \(\approx2{,}64<3\) → \([1{,}625;\,1{,}75]\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Mias \(x_3\) stimmt auf sieben Nachkommastellen (Fehler unter \(10^{-7}\)). Leon weiß nur \(1{,}625<\sqrt3<1{,}75\), der Fehler kann bis 0,125 betragen. Heron ist hier um ein Vielfaches genauer.
Tee und Limo im Klassenzimmer
AFB II–IIIIn einem Raum mit 20 °C steht ein Tee, der sich nach \(T(t)=20+70\cdot0{,}9^t\) abkühlt, und eine Limonade, die sich nach \(L(t)=20-15\cdot0{,}85^t\) erwärmt (\(t\) in Minuten, Temperaturen in °C). Jan sagt: „Nach einer Stunde haben beide Getränke Zimmertemperatur.“
- Gib die Anfangstemperaturen und die Grenzwerte beider Getränke an.
- Beschreibe, von welcher Seite sich die Getränke der Grenze nähern und welches schneller ist.
- Bestimme jeweils die Zeit, nach der das Getränk weniger als 1 °C von der Zimmertemperatur entfernt ist.
- Diskutiere Jans Aussage.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Tee: \(T(0)=90\) °C, Grenzwert 20 °C. Limo: \(L(0)=5\) °C, Grenzwert 20 °C.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Der Tee nähert sich von oben (+70 · …), die Limo von unten (−15 · …). Die Limo startet näher an der Grenze und hat den kleineren Faktor 0,85 — sie ist schneller.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Tee: \(0{,}9^t<\frac1{70}\) ab \(t=41\) min (\(70\cdot0{,}9^{40}\approx1{,}03\)). Limo: \(0{,}85^t<\frac1{15}\) ab \(t=17\) min (\(15\cdot0{,}85^{17}\approx0{,}95\)).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Im Modell erreicht keines der Getränke je genau 20 °C, der Abstand wird nur beliebig klein. Nach 60 min ist der Tee noch etwa 20,1 °C, die Limo etwa 19,999 °C warm. Mit einem normalen Thermometer ist das nicht von 20 °C zu unterscheiden — praktisch stimmt Jans Aussage, mathematisch nicht.
