Einführung in die Integralrechnung: Unterschied zwischen den Versionen

Aus ZUM-Unterrichten
Main>Maria Eirich
Keine Bearbeitungszusammenfassung
Keine Bearbeitungszusammenfassung
 
(220 dazwischenliegende Versionen von 14 Benutzern werden nicht angezeigt)
Zeile 1: Zeile 1:
----
{{Box|Lernpfad|In diesem Lernpfad können die Schüler die grundlegenden Zusammenhänge der Integralrechnung anhand vieler interaktiver Übungen entdecken.
 
Einige Übungen sind dem gleichnamigen Lernpfad [http://www.austromath.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/ Einführung in die Integralrechnung] der österreichischen Arbeitsgruppe [http://www.austromath.at/medienvielfalt/ Medienvielfalt im Mathematikunterricht] entnommen, die aus einer Kooperation von [http://www.mathe-online.at/ mathe-online] und [http://www.geogebra.at GeoGebra] entstanden ist.
[[Datei:Logo Mathematik-digital 2011.png|200px|right|verweis=Mathematik-digital]]
 
 
'''Materialien:'''{{pdf|Infini_AB1.pdf|Das bestimmte Integral}}; {{pdf|Infini AB02.pdf|Aufgaben mit Lösung}}; {{pdf|Infini_AB7.pdf|Integralfunktion}}|Lernpfad}}


{{Babel-1|Pentagramm}}
__NOTOC__
__NOTOC__
In diesem Lernpfad können die Schüler die grundlegenden Zusammenhänge der Integralrechnung anhand vieler interaktiver Übungen entdecken. Einige Übungen sind dem gleichnamigen Lernpfad [http://www.geogebra.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/index.htm Einführung in die Integralrechnung] der österreichischen Arbeitsgruppe Medienvielfalt entnommen, die aus einer Kooperation von [http://www.mathe-online.at/ mathe-online] und [http://www.geogebra.at GeoGebra] entstanden ist.


----
==Das Flächenproblem==
{{Box|Idee|
[[Bild:Integral Grundstück.png|200px|right]]
Ziel der folgenden Überlegungen ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem Flächeninhalte von krummlinig begrenzten Flächen berechnet werden können.
*Wie groß ist der [http://www.austromath.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/content/wasserverbrauch.htm Wasserverbrauch]?
*Wie groß ist der [http://www.austromath.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/content/Grundstueck.htm Flächeninhalt des Grundstücks]?
|}
|Hervorhebung2}}
 
 
==Unter- und Obersumme==
{{Box|1=Begriffsklärung|2=
<div class="grid">
<div class="width-1-2">Informiere dich in dem Video wie man mit der Untersumme und Obersumme die Fläche zwischen einem Graphen und der x-Achse bestimmen kann?
 
 
</div>
<div class="width-1-2">{{#ev:youtube|2bW8Zr7oTlY|460}}</div>
</div>
|3=Unterrichtsidee }}
 
 
{{Box|1=Aufgabe 1|2=Gegeben ist die Funktion f(x) = 0.25 x². [[bild:Int_abb1.png|220px|right]]
#Zerlege das Intervall [0;4] in 8 gleichlange Teilintervalle und skizziere den Graphen und die Rechtecke in dein Heft.
#Berechne die zugehörige Ober- und Untersumme.
#Gib auch das arithmetische Mittel von Ober- und Untersumme als Näherungswert für die Fläche unter dem Funktionsgraphen an.|3=Üben}}
<div class="loesung-verstecken mw-collapsible mw-collapsed" data-expandtext="Lösungsvorschläge anzeigen" data-collapsetext="Lösungsvorschläge verbergen">
{| class="wikitable"
|-
|x||0||0,5||1||1,5||2||2,5||3||3,5||4
|-
|f(x)||0||0,0625||0,25||0,5625||1||1,5625||2,25||3,0625||4
|}
 
Für den '''Flächeninhalt der Obersumme''' gilt:<br>
S = f (0,5) <math>\cdot</math> 0,5 + f (1) <math>\cdot</math> 0,5 + .....f (4) <math>\cdot</math> 0,5 = 0,5 <math>\cdot</math>f(0,5) + f(1) + ...f (4) = 6,375 <br>
 
Für den '''Flächeninhalt der Untersumme''' gilt:<br>
s = f (0) <math>\cdot</math> 0,5 + f (0,5) <math>\cdot</math> 0,5 + .....f (3,5) <math>\cdot</math> 0,5 = 4,375 <br>
 
'''Mittelwert: 5,375'''
</div>
 


===1. Das Flächenproblem===
{{Box|1=Aufgabe 2|2= Gegeben ist die Funktion f(x) = 0.5 x².  
*Wie groß ist der [http://www.austromath.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/content/Grundstueck.htm Flächeninhalt des Grundstücks]?<br>
#Zerlege das Intervall [0;1] mit dem Schieberegler in gleichlange Teilintervalle und bestimme die zugehörige Ober- und Untersumme mit dem Applet.
*Wie groß ist der [http://www.geogebra.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/content/wasserverbrauch.htm    Wasserverbrauch]?
<ggb_applet width="648" height="588" version="4.4" id="kj3t88nw" enableRightClick="false" showAlgebraInput="false" enableShiftDragZoom="true" showMenuBar="false" showToolBar="false" showToolBarHelp="true" enableLabelDrags="false" showResetIcon="true" />
===2. Unter- und Obersumme===
|3=Üben}}
[[bild:Integral1.png|right]]
*Begriffsklärung [http://www.geogebra.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/content/unterobersumme.htm Unter- und Obersumme]
*Aufgabe: Gegeben ist die Funktion f(x) = 0.25 x².  
**Zerlege das Intervall [0;4] in 8 gleichlange Teilintervalle und skizziere den Graphen und die Rechtecke in dein Heft.
**Berechne die zugehörige Ober- und Untersumme.
**Gib auch das arithmetische Mittel von Ober- und Untersumme als Näherungswert für die Fläche unter dem Funktionsgraphen an.
**[[Einführung in die Integralrechnung|Lösung]]
*Zusammmenfassung im [[Media:Infini_AB1.pdf|Arbeitsblatt 1]]
*[[Media:Infini_AB2.pdf|Aufgaben zur Berechnung bestimmter Integrale]]
*Berechnung von Unter- und Obersummen mit [http://www.geogebra.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/content/unterobersumme_geogebra.htm  GeoGebra]
*[http://www.geogebra.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/content/bestInt_ue1.htm Aufgaben zur Flächenberechnung] mit Geogebra


=== 3. Negative Fläche? ===
* Kläre die Bedeutung [http://www.geogebra.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/content/bestInt_ue2.htm "negativer Flächeninhalt"] (s. Arbeitsblatt 3)
*Erkläre den Unterschied zwischen dem Wert des bestimmten Integrals und dem [http://www.geogebra.at/de/upload/files/dynamische_arbeitsblaetter/lwolf/orientierteflaeche/flaeche.html| Flächeninhalt zwischen Graph und x-Achse!]


=== 4. Integralfunktion ===
==Das bestimmte Integral==
* Bearbeite die Punkte 1 bis 6 des dynamischen Arbeitsblatts zur [http://www.geogebra.at/de/upload/files/dynamische_arbeitsblaetter/lwolf/integralfkt/integralfkt1.html Integralfunktion]. Halte die Ergebnisse in deinem Heft fest.
{{Box|1=Arbeitsaufträge|2=
*Überlege: Welche Funktionen der Kurvenschar sind keine Integralfunktionen?
*Informiere dich im {{pdf|Infini_AB1.pdf|Arbeitsblatt "Das bestimmte Integral"}} über die Definition des Begriffs "bestimmtes Integral".  
*Bearbeite nun als Zusammmenfassung das [[Media:Infini_AB7.pdf|Arbeitsblatt 4]].
*Auf dem {{pdf|Infini AB02 ohne Lösung.pdf|Arbeitsblatt}} sind für einige einfache Funktionen die bestimmten Integrale über dem Intervall [a;b] angegeben. Finde anschauliche Erklärungen für die Herleitung und berechne die bestimmten Integrale für die angegeben Werte! {{pdf|Infini AB02L.pdf|Lösung}}
*Berechne: <math>\int_{0}^{3}(x^2-2x-3)\, \mathrm{d}x</math>;  <math>\int_{1}^{4}(x^2-2x-3)\, \mathrm{d}x</math>; <math>\int_{4}^{1}(x^2-2x-3)\, \mathrm{d}x</math>
*Überprüfe die Lösung mit folgendem {{Ggb|LP_best_Int.ggb|Applet}}, in dem du mit Hilfe der Schieberegler die Integrationsgrenzen anpasst!
|3=Arbeitsmethode}}


===5. Aufgaben===
*[http://www.geogebra.at/medienvielfalt/materialien/int_einfuehrung/lernpfad/content/beispiel_unb_grenze.htm  Integration mit unbekannten Grenzen]


===6. Hauptsatz der Integralrechnung ===
==Flächenberechnung==
*[http://teacher.eduhi.at/alindner/Dyn_Geometrie/DiffInt/HS_DiffInt.htm Satz mit ausführlichem Beweis]
{{Box|1=Achtung Flächenbilanz|2=
<div class="grid">
<div class="width-1-2">
*Erkläre den Unterschied zwischen dem Wert des bestimmten Integrals und dem Flächeninhalt zwischen Graph und x-Achse.
*Verwende dazu [http://www.geogebra.org/de/upload/files/dynamische_arbeitsblaetter/lwolf/orientierteflaeche/flaeche.html '''dieses Applet''']!
*Informiere dich im Video über '''Bestimmtes Integral, Flächenbilanz, Fläche über/unter der x-Achse'''.
</div>
<div class="width-1-2">
{{#ev:youtube|lP1sALCSxQs|460}}</div>
</div>
|3=Unterrichtsidee}}


Maria Eirich und Andrea Schellmann,  14.09.2006


==Integralfunktion==
{{Box|Aufgabe 4|
#die Berechnung eines Integrals als Grenzwert von Unter- bzw. Obersumme ist aufwendig. Einfacher geht die Bestimmung mit der Integralfunktion.
#Betrachte im Applet die Integralfunktion
#Bearbeite als Zusammmenfassung das {{pdf|Infini_AB7.pdf|Arbeitsblatt "Die Integralfunktion"}}
<ggb_applet id="zz6vp32p" width="1200" height="568" />
|Üben}}
[[Kategorie:Mathematik]]
[[Kategorie:Mathematik]]
[[Kategorie:Mathematik-digital]]
[[Kategorie:Sekundarstufe 2]]
[[Kategorie:Lernpfad]]
[[Kategorie:Interaktive Übung]]
{{DEFAULTSORT:Integralrechnung}}
[[Kategorie:Analysis]]

Aktuelle Version vom 24. April 2022, 10:27 Uhr

Lernpfad

In diesem Lernpfad können die Schüler die grundlegenden Zusammenhänge der Integralrechnung anhand vieler interaktiver Übungen entdecken.

Einige Übungen sind dem gleichnamigen Lernpfad Einführung in die Integralrechnung der österreichischen Arbeitsgruppe Medienvielfalt im Mathematikunterricht entnommen, die aus einer Kooperation von mathe-online und GeoGebra entstanden ist.

Logo Mathematik-digital 2011.png


Materialien:Pdf20.gif Das bestimmte Integral; Pdf20.gif Aufgaben mit Lösung; Pdf20.gif Integralfunktion


Das Flächenproblem

Idee
Integral Grundstück.png

Ziel der folgenden Überlegungen ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem Flächeninhalte von krummlinig begrenzten Flächen berechnet werden können.


Unter- und Obersumme

Begriffsklärung
Informiere dich in dem Video wie man mit der Untersumme und Obersumme die Fläche zwischen einem Graphen und der x-Achse bestimmen kann?


Video laden
YouTube


Aufgabe 1
Gegeben ist die Funktion f(x) = 0.25 x².
Int abb1.png
  1. Zerlege das Intervall [0;4] in 8 gleichlange Teilintervalle und skizziere den Graphen und die Rechtecke in dein Heft.
  2. Berechne die zugehörige Ober- und Untersumme.
  3. Gib auch das arithmetische Mittel von Ober- und Untersumme als Näherungswert für die Fläche unter dem Funktionsgraphen an.
x 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
f(x) 0 0,0625 0,25 0,5625 1 1,5625 2,25 3,0625 4

Für den Flächeninhalt der Obersumme gilt:
S = f (0,5) 0,5 + f (1) 0,5 + .....f (4) 0,5 = 0,5 f(0,5) + f(1) + ...f (4) = 6,375

Für den Flächeninhalt der Untersumme gilt:
s = f (0) 0,5 + f (0,5) 0,5 + .....f (3,5) 0,5 = 4,375

Mittelwert: 5,375


Aufgabe 2

Gegeben ist die Funktion f(x) = 0.5 x².

  1. Zerlege das Intervall [0;1] mit dem Schieberegler in gleichlange Teilintervalle und bestimme die zugehörige Ober- und Untersumme mit dem Applet.
GeoGebra


Das bestimmte Integral

Arbeitsaufträge
  • Informiere dich im Pdf20.gif Arbeitsblatt "Das bestimmte Integral" über die Definition des Begriffs "bestimmtes Integral".
  • Auf dem Pdf20.gif Arbeitsblatt sind für einige einfache Funktionen die bestimmten Integrale über dem Intervall [a;b] angegeben. Finde anschauliche Erklärungen für die Herleitung und berechne die bestimmten Integrale für die angegeben Werte! Pdf20.gif Lösung
  • Berechne: ; ;
  • Überprüfe die Lösung mit folgendem Geogebra.svg Applet, in dem du mit Hilfe der Schieberegler die Integrationsgrenzen anpasst!


Flächenberechnung

Achtung Flächenbilanz
  • Erkläre den Unterschied zwischen dem Wert des bestimmten Integrals und dem Flächeninhalt zwischen Graph und x-Achse.
  • Verwende dazu dieses Applet!
  • Informiere dich im Video über Bestimmtes Integral, Flächenbilanz, Fläche über/unter der x-Achse.
Video laden
YouTube


Integralfunktion

Aufgabe 4
  1. die Berechnung eines Integrals als Grenzwert von Unter- bzw. Obersumme ist aufwendig. Einfacher geht die Bestimmung mit der Integralfunktion.
  2. Betrachte im Applet die Integralfunktion
  3. Bearbeite als Zusammmenfassung das Pdf20.gif Arbeitsblatt "Die Integralfunktion"
GeoGebra
Abgerufen von „https://unterrichten.zum.de/index.php?title=Einführung_in_die_Integralrechnung&oldid=125120“