Eine babylonische Tontafel
AFB I–IIAuf einer rund 3800 Jahre alten babylonischen Tontafel (YBC 7289) steht für die Diagonale eines Quadrats mit der Seite 1 ein Wert, der umgerechnet \(1{,}41421296\) ergibt. Man vermutet, dass er mit einem Verfahren wie dem von Heron gewonnen wurde.
- Berechne mit dem Heron-Verfahren für \(a=2\) und \(x_0=1{,}5\) die Werte \(x_1\) und \(x_2\) auf acht Nachkommastellen.
- Vergleiche den Wert der Tontafel mit \(\sqrt2\approx1{,}41421356\) und mit \(x_2\).
- Zeige durch Bruchrechnung, dass \(x_1=\frac{17}{12}\) und \(x_2=\frac{577}{408}\) gilt.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(x_1=\frac12(1{,}5+1{,}33333333)=1{,}41666667\); \(x_2=\frac12\left(1{,}41666667+\frac2{1{,}41666667}\right)\approx1{,}41421569\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Tontafel: Abstand \(\approx6\cdot10^{-7}\); \(x_2\): Abstand \(\approx2{,}1\cdot10^{-6}\). Beide stimmen in den ersten fünf Nachkommastellen (1,41421) überein, der Fehler der Tafel ist aber rund dreimal kleiner — sie ist genauer als \(x_2\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(x_1=\frac12\left(\frac32+\frac43\right)=\frac12\cdot\frac{17}6=\frac{17}{12}\). \(x_2=\frac12\left(\frac{17}{12}+\frac{24}{17}\right)=\frac12\cdot\frac{289+288}{204}=\frac{577}{408}\).
Vom langen Beet zum Quadrat
AFB II–IIIEin Gemüsebeet ist 12 m lang und 3 m breit. Es soll in ein quadratisches Beet mit demselben Flächeninhalt umgebaut werden. Paul bestimmt die Seitenlänge mit dem Heron-Verfahren und startet mit der langen Seite \(x_0=12\). Lea sagt: „Mit so einem schlechten Startwert ist das Verfahren unbrauchbar.“
- Ermittle \(x_1\), \(x_2\) und \(x_3\) und gib die Seitenlänge des Quadrats an.
- Begründe geometrisch, warum jedes \(x_n\) ab \(n=1\) mindestens so groß ist wie \(\sqrt a\).
- Untersuche den Einfluss des Startwerts, indem du auch mit \(x_0=1\) und \(x_0=6\) je einen Schritt rechnest.
- Nimm Stellung zu Leas Aussage.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(x_1=\frac12(12+3)=7{,}5\); \(x_2=\frac12(7{,}5+4{,}8)=6{,}15\); \(x_3=\frac12(6{,}15+5{,}8537)\approx6{,}0018\). Die Werte laufen auf \(\sqrt{36}=6\) zu: Das Quadrat hat 6 m Seitenlänge.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Legt man die halbe Überstandsfläche um, entsteht ein Quadrat mit der Seite \(x_1\), dem nur eine Ecke der Fläche \(d^2\) fehlt. Also gilt \(x_1^2=a+d^2\ge a\) und damit \(x_1\ge\sqrt a\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(x_0=1\): \(x_1=\frac12(1+36)=18{,}5\) — zuerst ein großer Sprung, danach \(\approx10{,}22\), \(\approx6{,}87\) … \(x_0=6\): \(x_1=6\), der Wert bleibt sofort stehen. Ein schlechter Startwert kostet nur ein paar Schritte mehr.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Lea hat nicht recht: Jeder positive Startwert führt zum Ziel, schon von 12 aus ist nach drei Schritten der Fehler kleiner als 0,002. Ein guter Startwert spart lediglich Schritte — unbrauchbar wird das Verfahren nicht.
