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Übung AFB III

Warum hundert Maler nicht in sechs Minuten fertig sind — zehn Aufgaben, bei denen Rechnen allein nicht reicht.

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Aufgabenblock — AFB III

Begründen statt nur rechnen: Aussagen widerlegen, Modelle beurteilen, Fehler finden und allgemein zeigen. Formuliere deine Antwort in ganzen Sätzen, bevor du die Musterlösung aufklappst.

A1
Hundert Maler
AFB III

Tom rechnet: „Ein Maler streicht die Turnhalle in 10 Stunden. Also schaffen es 100 Maler in 6 Minuten.“ Widerlegen Sie, dass diese Rechnung eine sinnvolle Antwort liefert.

Hinweis: Ist die Rechnung falsch — oder das Modell?

Strategie: Erst die Rechnung prüfen, dann die Annahme hinter dem Modell.Warum so? Mathematisch kann alles stimmen, und trotzdem passt das Modell nicht mehr zur Wirklichkeit.
Lösungsskizze: Rechnung antiproportional korrekt (\(10\,\text{h}:100=0{,}1\,\text{h}=6\,\text{min}\)) · Annahme „alle arbeiten ungestört gleich schnell“ gilt bei 100 Malern nicht · Modell hat einen Gültigkeitsbereich.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Die Rechnung selbst stimmt: Bei einer antiproportionalen Zuordnung ergibt \(10\,\text{h}:100=0{,}1\,\text{h}=6\,\text{min}\). Das Modell setzt aber voraus, dass jeder Maler ungestört gleich schnell arbeitet. 100 Maler stehen sich in der Halle im Weg, Leitern und Wandflächen reichen nicht, und Farbe muss trocknen. Das antiproportionale Modell gilt nur für wenige Maler; für 100 Maler liefert es keine sinnvolle Antwort.

A2
Lernen und Noten
AFB III

Mira sagt: „Je mehr ich lerne, desto besser wird meine Note. Also ist die Punktzahl proportional zur Lernzeit.“ Nehmen Sie Stellung.

Hinweis: Was müsste bei doppelter Lernzeit passieren?

Strategie: Die Bedingung für „proportional“ an einem Beispiel prüfen.Warum so? „Je mehr, desto mehr“ ist notwendig, aber nicht ausreichend.
Lösungsskizze: gleichsinnig ja · doppelte Lernzeit → doppelte Punkte? nein · 0 h Lernen → nicht 0 Punkte · Höchstpunktzahl begrenzt.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Der Zusammenhang ist höchstens gleichsinnig: Mehr Lernzeit führt oft zu mehr Punkten. Proportional ist er nicht. Wer 2 Stunden lernt und 20 Punkte hat, bekommt mit 4 Stunden nicht sicher 40 Punkte. Schon ohne Lernen hat man meist einige Punkte (kein Ursprung), und die Punktzahl ist nach oben begrenzt. Außerdem hängt die Note noch von anderen Dingen ab. Miras Schluss ist falsch.

A3
Großpackung oder zwei kleine?
AFB III

Müsli gibt es als Großpackung mit \(1{,}5\,\text{kg}\) für \(4{,}20\,€\) und als kleine Packung mit \(500\,\text{g}\) für \(1{,}30\,€\). Beurteilen Sie die Aussage „Die Großpackung ist immer günstiger“.

Hinweis: Gleiche Mengen vergleichen.

Strategie: Für beide Angebote den Preis pro Kilogramm berechnen.Warum so? Nur der Quotient macht verschieden große Packungen vergleichbar.
Lösungsskizze: groß: \(4{,}20:1{,}5=2{,}80\) €/kg · klein: \(1{,}30:0{,}5=2{,}60\) €/kg · kleine Packung günstiger.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Großpackung: \(4{,}20\,€:1{,}5\,\text{kg}=2{,}80\,€\) pro kg. Kleine Packung: \(1{,}30\,€:0{,}5\,\text{kg}=2{,}60\,€\) pro kg. Drei kleine Packungen (\(1{,}5\,\text{kg}\)) kosten \(3{,}90\,€\) und damit \(30\) Cent weniger. Die Aussage stimmt hier nicht — man muss immer den Preis pro Einheit vergleichen.

A4
Warum durch den Ursprung?
AFB III

Zeigen Sie, dass der Graph jeder proportionalen Zuordnung durch den Punkt \((0\,|\,0)\) geht.

Hinweis: Nutzen Sie die Vorschrift \(y=k\cdot x\).

Strategie: Den Wert \(x=0\) in die allgemeine Vorschrift einsetzen.Warum so? Ein Beweis gilt für alle \(k\), nicht nur für ein Beispiel.
Lösungsskizze: \(y=k\cdot x\) · \(x=0\) einsetzen · \(k\cdot0=0\) · also \((0\,|\,0)\) auf dem Graphen.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Für jede proportionale Zuordnung gilt \(y=k\cdot x\) mit einem festen Faktor \(k\). Setzt man \(x=0\) ein, erhält man \(y=k\cdot0=0\). Also gehört zu \(x=0\) immer \(y=0\), der Punkt \((0\,|\,0)\) liegt auf jedem solchen Graphen. Anschaulich: 0 kg kosten 0 €.

A5
Eine Tabelle erfinden
AFB III

Entwickeln Sie eine Sachsituation mit Tabelle (3 Wertepaare), die „je mehr, desto mehr“ ist, aber nicht proportional. Begründen Sie mit Quotienten.

Hinweis: Ein fester Betrag, der immer dazukommt, hilft.

Strategie: Eine Situation mit Grundgebühr wählen und drei Werte ausrechnen.Warum so? Eine Grundgebühr verschiebt den Graphen nach oben — dann kann er nicht durch den Ursprung gehen.
Lösungsskizze: z. B. Eintritt 4 € + 2 € je Fahrt · Tabelle 1 → 6, 2 → 8, 3 → 10 · Quotienten 6; 4; 3,33 verschieden.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Beispiel: Freizeitpark mit \(4\,€\) Eintritt und \(2\,€\) pro Fahrt. Fahrten → Kosten: \(1\mapsto6\), \(2\mapsto8\), \(3\mapsto10\). Mehr Fahrten kosten mehr (je mehr, desto mehr). Die Quotienten \(6:1=6\), \(8:2=4\), \(10:3\approx3{,}33\) sind verschieden, also ist die Zuordnung nicht proportional.

A6
Lenas Taxirechnung
AFB III

Eine Taxifahrt kostet \(3\,€\) Grundpreis und \(2\,€\) pro km. Lena weiß: 2 km kosten \(7\,€\). Sie rechnet mit dem Dreisatz: „6 km kosten \(3\cdot7\,€=21\,€\).“ Überprüfen Sie Lenas Rechnung.

Hinweis: Ist die Zuordnung überhaupt proportional?

Strategie: Den richtigen Preis mit der Vorschrift ausrechnen und mit Lenas Ergebnis vergleichen.Warum so? Der Dreisatz setzt Proportionalität voraus.
Lösungsskizze: richtig: \(y=2\cdot x+3\) → \(2\cdot6+3=15\,€\) · Lena verdreifacht auch den Grundpreis · Dreisatz hier nicht erlaubt.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Richtig ist \(y=2\cdot6+3=15\,€\). Lena hat \(21\,€\), weil sie mit dem Dreisatz auch den Grundpreis verdreifacht hat — der fällt aber nur einmal an. Der Dreisatz funktioniert nur bei proportionalen Zuordnungen; diese hier ist wegen des Grundpreises nicht proportional.

A7
Großer oder kleiner Maßstab?
AFB III

Karte A hat den Maßstab \(1:10\,000\), Karte B den Maßstab \(1:1\,000\,000\). Jan sagt: „B hat den größeren Maßstab, die Zahl ist ja größer.“ Diskutieren Sie die Aussage.

Hinweis: Was bedeutet 1 cm auf jeder Karte?

Strategie: Den Maßstab als Bruch schreiben und die Wirkung auf die Karte beschreiben.Warum so? Der Maßstab ist ein Verhältnis — der Bruch \(\frac{1}{n}\) entscheidet, nicht die Zahl \(n\).
Lösungsskizze: A: 1 cm ≙ 100 m · B: 1 cm ≙ 10 km · \(\tfrac{1}{10\,000}>\tfrac{1}{1\,000\,000}\) · A zeigt mehr Einzelheiten.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Bei A steht 1 cm für \(10\,000\,\text{cm}=100\,\text{m}\), bei B für \(1\,000\,000\,\text{cm}=10\,\text{km}\). Als Bruch ist \(\frac{1}{10\,000}\) größer als \(\frac{1}{1\,000\,000}\). Karte A hat also den größeren Maßstab: Sie zeigt einen kleinen Ausschnitt mit vielen Einzelheiten (Stadtplan). Karte B zeigt ein großes Gebiet mit wenig Details (Landkarte). Jan verwechselt die Zahl \(n\) mit dem Maßstab.

A8
Verhältnisse bleiben erhalten
AFB III

Beweisen Sie: Sind \((x_1\,|\,y_1)\) und \((x_2\,|\,y_2)\) zwei Wertepaare einer proportionalen Zuordnung, dann gilt \(y_1:y_2=x_1:x_2\).

Hinweis: Schreiben Sie beide \(y\)-Werte mit \(k\).

Strategie: Beide \(y\)-Werte durch \(k\cdot x\) ersetzen und kürzen.Warum so? Der gemeinsame Faktor \(k\) kürzt sich heraus — deshalb hängt das Verhältnis nur von den \(x\)-Werten ab.
Lösungsskizze: \(y_1=k\cdot x_1\), \(y_2=k\cdot x_2\) · \(y_1:y_2=\frac{k\cdot x_1}{k\cdot x_2}\) · \(k\) kürzen.
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Musterlösung: Weil die Zuordnung proportional ist, gilt \(y_1=k\cdot x_1\) und \(y_2=k\cdot x_2\) mit demselben \(k\ne0\). Dann ist \(y_1:y_2=\frac{k\cdot x_1}{k\cdot x_2}=\frac{x_1}{x_2}=x_1:x_2\). Genau das nutzt der Dreisatz: Das Dreifache von \(x\) gehört zum Dreifachen von \(y\).

A9
Anderthalbmal so viele
AFB III

Bei einer antiproportionalen Zuordnung wird \(x\) um die Hälfte größer (von 4 auf 6). Formulieren Sie eine Regel, wie sich \(y\) ändert, und prüfen Sie sie an einem Beispiel.

Hinweis: Das Produkt bleibt gleich.

Strategie: Mit \(x\cdot y=k\) ausrechnen, welcher Anteil von \(y\) übrig bleibt.Warum so? Die Gegen-Rechenart zu „mal \(\tfrac32\)“ ist „mal \(\tfrac23\)“.
Lösungsskizze: \(x\cdot\tfrac32\) → \(y\cdot\tfrac23\) · \(y\) wird um ein Drittel kleiner, nicht um die Hälfte · Beispiel \(k=24\): 4 → 6, 6 → 4.
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Musterlösung: Wird \(x\) mit \(\frac32\) multipliziert, muss \(y\) mit \(\frac23\) multipliziert werden, damit \(x\cdot y\) gleich bleibt. Regel: „Wird \(x\) um die Hälfte größer, wird \(y\) um ein Drittel kleiner.“ Beispiel mit \(k=24\): \(x=4\), \(y=6\); \(x=6\), \(y=24:6=4\) — und \(4\) ist \(\frac23\) von \(6\). Falsch wäre „\(y\) wird um die Hälfte kleiner“ (das ergäbe 3).

A10
Busse für den Ausflug
AFB III

60 Personen fahren zu einem Ausflug. Bus A hat 45 Plätze und kostet \(540\,€\), Bus B hat 30 Plätze und kostet \(390\,€\). Legen Sie sich begründet fest, welche Busse gebucht werden sollen.

Hinweis: Alle Kombinationen, die 60 Plätze bieten, vergleichen.

Strategie: Mögliche Kombinationen aufzählen und die Gesamtkosten berechnen; zusätzlich den Preis pro Platz betrachten.Warum so? Der günstigste Preis pro Platz allein entscheidet nicht — leere Plätze kosten auch.
Lösungsskizze: A+B: 75 Plätze, 930 € · 2 B: 60 Plätze, 780 € · 2 A: 90 Plätze, 1080 € · pro Platz A 12 €, B 13 € — trotzdem 2 B am günstigsten.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Möglich sind: zwei Busse B (60 Plätze, \(780\,€\)), A und B (75 Plätze, \(930\,€\)) oder zwei Busse A (90 Plätze, \(1080\,€\)). Pro Platz ist Bus A günstiger (\(540:45=12\,€\) gegenüber \(390:30=13\,€\)), aber bei zwei A-Bussen bleiben 30 Plätze leer. Zwei Busse B sind genau voll und am billigsten: \(780\,€\), also \(13\,€\) pro Person. Entscheidung: zwei Busse B.