Mathematik (V2)
Hinweis zum Bildungsplan der Oberstufe an Gemeinschaftsschulen
Prozessbezogene Kompetenzen zurücksetzen
  • 2.1 Mathematisch argumentieren und beweisen
    • 2.1 Mathematisch argumentieren und beweisen
    • in mathematischen Zusammenhängen Vermutungen entwickeln und als mathematische Aussage formulieren
    • eine Vermutung anhand von Beispielen auf ihre Plausibilität prüfen oder anhand eines Gegenbeispiels widerlegen
    • in einer mathematischen Aussage zwischen Voraussetzung und Behauptung unterscheiden
    • eine mathematische Aussage in einer standardisierten Form (zum Beispiel Wenn-Dann) formulieren
    • zu einem Satz die Umkehrung bilden
    • zwischen Satz und Kehrsatz unterscheiden und den Unterschied an Beispielen erklären
    • mathematische Verfahren und ihre Vorgehensweisen erläutern und begründen
    • beim Erläutern und Begründen unterschiedliche Darstellungsformen verwenden (verbal, zeichnerisch, tabellarisch, formalisiert)
    • Beweise nachvollziehen und wiedergeben
    • bei mathematischen Beweisen die Argumentation auf die zugrunde liegende Begründungsbasis zurückführen
    • ausgehend von einer Begründungsbasis durch zulässige Schlussfolgerungen eine mehrschrittige Argumentationskette aufbauen
    • Aussagen auf ihren Wahrheitsgehalt prüfen und Beweise führen
    • Beziehungen zwischen mathematischen Sätzen aufzeigen
  • 2.2 Probleme mathematisch lösen
    • 2.2 Probleme mathematisch lösen
    • das Problem mit eigenen Worten beschreiben
    • Informationen aus den gegebenen Texten, Bildern und Diagrammen entnehmen und auf ihre Bedeutung für die Problemlösung bewerten
    • durch Verwendung verschiedener Darstellungen (informative Skizze, verbale Beschreibung, Tabelle, Graph, symbolische Darstellung, Koordinaten) das Problem durchdringen oder umformulieren
    • durch Untersuchung von Beispielen und systematisches Probieren zu Vermutungen kommen und diese auf Plausibilität überprüfen
    • das Problem durch Zerlegen in Teilprobleme oder das Einführen von Hilfsgrößen oder Hilfslinien vereinfachen
    • das Aufdecken von Regelmäßigkeiten oder mathematischen Mustern für die Problemlösung nutzen
    • durch Vorwärts- oder Rückwärtsarbeiten Lösungsschritte finden
    • Sonderfälle oder Verallgemeinerungen untersuchen
    • das Problem auf Bekanntes zurückführen oder Analogien herstellen
    • Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen Teilgebieten der Mathematik zum Lösen nutzen
    • Ergebnisse, auch Zwischenergebnisse, auf Plausibilität oder an Beispielen prüfen
    • kritisch prüfen, inwieweit eine Problemlösung erreicht wurde
    • Lösungswege vergleichen und beurteilen
  • 2.3 Mathematisch modellieren
    • 2.3 Mathematisch modellieren
    • wesentliche Informationen entnehmen und strukturieren
    • ergänzende Informationen beschaffen und dazu Informationsquellen nutzen
    • Situationen vereinfachen
    • relevante Größen und ihre Beziehungen identifizieren
    • die Beziehungen zwischen diesen Größen mithilfe von Variablen, Termen, Gleichungen, Funktionen, Figuren, Diagrammen, Tabellen oder Zufallsversuchen beschreiben
    • Grundvorstellungen zu mathematischen Operationen nutzen und die Eignung mathematischer Verfahren einschätzen
    • zu einer Situation passende mathematische Modelle (zum Beispiel arithmetische Operationen, geometrische Modelle, Terme und Gleichungen, stochastische Modelle) auswählen oder konstruieren
    • geeignete Hilfsmittel auswählen und verwenden
    • rechnen, mathematische Algorithmen oder Konstruktionen ausführen
    • einem mathematischen Modell eine passende Situation zuordnen
    • die Ergebnisse aus einer mathematischen Modellierung in die Realität übersetzen
    • die aus dem mathematischen Modell gewonnene Lösung in der jeweiligen Realsituation überprüfen
    • die aus dem mathematischen Modell gewonnene Lösung bewerten und gegebenenfalls Überlegungen zur Verbesserung der Modellierung anstellen
  • 2.4 Mit mathematischen Darstellungen umgehen
    • 2.4 Mit mathematischen Darstellungen umgehen
    • aus Darstellungen relevante Informationen entnehmen 
    • zwischen natürlicher Sprache und symbolisch-formaler Sprache der Mathematik wechseln
    • unterschiedliche mathematische Darstellungsformen verwenden und vernetzen (verbal, grafisch, tabellarisch, symbolisch)
    • eine zur Problemstellung passende Darstellung auswählen
    • zwischen verschiedenen mathematischen Darstellungen wechseln
    • Zusammenhänge zwischen verschiedenen Darstellungen erklären
    • gegebene Darstellungen kritisch prüfen und ihre Aussagekraft beurteilen
    • missverständliche Darstellungen erkennen und mögliche Fehlinterpretationen benennen
    • geeignete mathematische Darstellungen zum Strukturieren von Informationen und Dokumentieren von Ergebnissen erzeugen
    • eigene Darstellungen passend zur Problemstellung entwickeln
  • 2.5 Mit mathematischen Objekten umgehen
    • 2.5 Mit mathematischen Objekten umgehen
    • mathematische Objekte (zum Beispiel Zahlen, Größen, Strecken, Terme, Gleichungen, Funktionen) verstehen und ihre Bedeutung und innere Struktur beschreiben
    • mit mathematischen Objekten sicher und flexibel umgehen
    • Berechnungen ausführen
    • Routineverfahren anwenden und miteinander kombinieren
    • zu einer Problemstellung geeignete Lösungsverfahren und Algorithmen auswählen und reflektiert anwenden 
    • Ergebnisse kritisch prüfen
    • die Struktur von Verfahren beschreiben und deren Schritte begründen
    • Verfahren bewerten und sie sachangemessen auf neue Situationen übertragen 
  • 2.6 Mathematisch kommunizieren
    • 2.6 Mathematisch kommunizieren
    • mathematische Einsichten und Lösungswege schriftlich dokumentieren oder mündlich darstellen und erläutern
    • ihre Ergebnisse strukturiert präsentieren
    • eigene Überlegungen in kurzen Beiträgen sowie selbstständige Problembearbeitungen in Vorträgen verständlich darstellen
    • vorläufige Formulierungen zu fachsprachlichen Formulierungen weiterentwickeln
    • ihre Ausführungen mit geeigneten Fachbegriffen darlegen
    • aus Quellen (Texten, Bildern und Tabellen) und aus Äußerungen anderer mathematische Informationen entnehmen
    • Äußerungen und Informationen sachgerecht analysieren, reflektieren, beurteilen und gegebenenfalls weiterführen (unter anderem konstruktiv mit Fehlern umgehen)
  • 2.7 Mit Medien mathematisch arbeiten
    • 2.7 Mit Medien mathematisch arbeiten
    • Hilfsmittel (zum Beispiel Formelsammlung, Geodreieck und Zirkel, Taschenrechner, Software) problemangemessen auswählen und einsetzen 
    • analoge und digitale Informationsquellen und Anschauungsmaterialien nutzen
    • Taschenrechner und weitere digitale Mathematikwerkzeuge (zum Beispiel Tabellenkalkulation, dynamische Mathematiksoftware) bedienen und zum Explorieren, Durchführen von Algorithmen, Problemlösen, Modellieren, Simulieren oder Verarbeiten von Daten einsetzen
    • Lernumgebungen zum selbstgesteuerten Lernen und Anwenden von Mathematik nutzen
    • Ergebnisse, die unter Verwendung digitaler Mathematikwerkzeuge gewonnen wurden, kritisch prüfen und ihre Passung zum Ausgangsproblem beurteilen
    • Informationsquellen und deren dargebotene Inhalte kritisch prüfen
    • mithilfe digitaler Medien zu mathematischen Themen eigene Produkte (zum Beispiel bildliche Darstellungen, Animationen, Videos) anfertigen
    • bei der Entwicklung und Prüfung von Vermutungen Hilfsmittel verwenden
    • bei der Darstellung eigener Überlegungen geeignete Medien einsetzen

Operatoren

Anhänge zu Fachplänen

3.3.4 Leit­idee Funk­tio­na­ler Zu­sam­men­hang

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen neue Funk­ti­ons­ty­pen (Po­tenz­funk­ti­on, ganz­ra­tio­na­le Funk­ti­on, Si­nus­funk­ti­on und Ex­po­nen­ti­al­funk­ti­on) ken­nen und un­ter­su­chen die­se auf cha­rak­te­ris­ti­sche Ei­gen­schaf­ten. Sie ver­tie­fen ihr Wis­sen über die Wir­kung von Pa­ra­me­tern auf Gra­phen. Sie be­ant­wor­ten in­ner- und au­ßer­ma­the­ma­ti­sche Fra­ge­stel­lun­gen mit­hil­fe von Funk­tio­nen quan­ti­ta­tiv. Die Be­ar­bei­tung kom­ple­xer, rea­li­täts­na­her Fra­ge­stel­lun­gen för­dert da­bei ei­ne zu­neh­men­de Funk­tio­nen­kom­pe­tenz.
In­halt­li­che Über­le­gun­gen, sys­te­ma­ti­sches Aus­pro­bie­ren und elek­tro­ni­sche Hilfs­mit­tel kom­men bei Pro­blem­lö­sungs­pro­zes­sen eben­so zum Ein­satz wie kal­kül­haf­te und al­go­rith­mi­sche Ver­fah­ren.
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ar­bei­ten mit ei­nem pro­pä­deu­ti­schen Grenz­wert­be­griff, sie be­schrei­ben und in­ter­pre­tie­ren das Än­de­rungs­ver­hal­ten von Grö­ßen ana­ly­tisch. Sie nut­zen Ab­lei­tun­gen zur Be­stim­mung von mo­men­ta­nen Än­de­rungs­ra­ten, zur Li­nea­ri­sie­rung so­wie zur Un­ter­su­chung von Funk­tio­nen und de­ren Gra­phen. Sie be­schrei­ben Zu­sam­men­hän­ge zwi­schen dem Gra­phen ei­ner Funk­ti­on und dem ih­rer Ab­lei­tungs­funk­ti­on.

Die un­ter­stri­che­nen Teil­kom­pe­ten­zen sind erst in Klas­se 10 zu un­ter­rich­ten.

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen

mit Funk­tio­nen um­ge­hen

(1)

die Gra­phen der Po­tenz­funk­tio­nen \(f\) mit \(f(x)=x^{ n }, n \in\) \(ma­thbb{N}\) und \(f(x)=x^{ k }\ (k=-1,-2)\) un­ter Ver­wen­dung cha­rak­te­ris­ti­scher Ei­gen­schaf­ten skiz­zie­ren

(2)

an­hand ei­ner Be­trach­tung der Gra­phen von \(f\) mit \(f(x)=x^{ 2 }\) und der Wur­zel­funk­ti­on \(g\) mit \(g(x)=\sqrt{ x }\) den Funktionsbegriff und dabei auch die Begriffe De­fi­ni­ti­ons­men­ge und Wer­te­men­ge er­läu­tern

(3)

an­hand der Funk­ti­on \(f\) mit \(f(x)=x^{ 2 }\) und der Wur­zel­funk­ti­on \(g) mit \(g(x)=\sqrt{ x }\) den Be­griff der Um­kehr­funk­ti­on be­schrei­ben, den Zu­sam­men­hang ih­rer Gra­phen er­läu­tern und ih­re De­fi­ni­ti­ons­men­gen und Wer­te­men­gen ver­glei­chen

(4)

die Graphen der Exponentialfunktionen \(f\) mit \(f(x)=c \cdot a^{ x }+d\) unter Verwendung charakteris­tischer Eigenschaften skizzieren

(5)

Wachs­tums­vor­gän­ge mit­hil­fe von Ex­po­nen­ti­al­funk­tio­nen be­schrei­ben und Be­rech­nun­gen durch­füh­ren so­wie die Be­deu­tung von Halb­werts­zeit und Ver­dopp­lungs­zeit er­läu­tern

(6)

die Wir­kung von Pa­ra­me­tern in Funk­ti­ons­ter­men von Po­tenz-, Ex­po­nen­ti­al- und Wur­zel­funk­ti­on auf de­ren Gra­phen ab­bil­dungs­geo­me­trisch als Stre­ckung, Spie­ge­lung, Ver­schie­bun­gen deu­ten

(7)

ganz­ra­tio­na­le Funk­tio­nen auf Null­stel­len (auch mehr­fa­che) un­ter­su­chen

(8)

Funk­ti­ons­ter­me ganz­ra­tio­na­ler Funk­tio­nen mit­hil­fe von Null­stel­len in fak­to­ri­sier­ter Form an­ge­ben

(9)

die Sinusfunktion der Form \(f(x)= a \cdot sin(b \cdot x)\) zur Beschreibung periodischer Vorgänge verwenden, insesondere mithilfe digitaler Mathematikwerkzeuge verwenden

(10)

charakteristische Punkte von Graphen trigonometrischer Funktionen \(f\) mit \(f(x)= a \cdot sin(b \cdot x)\) angeben, auch auf ganz \(\mathbb{R}\)

(11)

die Graphen trigonometrischer Funktionen \(f\) mit \(f(x)=a \cdot sin\left(b\left(x-c\right)\right)+d\) unter Verwendung charakteristischer Eigenschaften skizzieren und die Wirkung der Parameter \(a\), \( b\), \( c\), \(d\) abbildungsgeometrisch als Stre­ckung, Spie­ge­lung, Ver­schie­bun­gen deuten, auch \(sin\left(x+\pi / 2 \right)=cos\left(x\right)\)

(12)

Funk­tio­nen auf ihr Verhalten für \(\vert x \vert \to \infty\) und deren Gra­phen auf Sym­me­trie (zum Ur­sprung oder zur y-Ach­se) un­ter­su­chen

(13)

die De­fi­ni­ti­on für Mo­no­to­nie an­ge­ben

(14)

den Un­ter­schied zwi­schen lo­ka­len und glo­ba­len Ma­xi­ma be­zie­hungs­wei­se Mi­ni­ma er­klä­ren

die Grund­idee der Dif­fe­ren­ti­al­rech­nung ver­ste­hen und mit Ab­lei­tun­gen um­ge­hen

(15)

die mitt­le­re Än­de­rungs­ra­te ei­ner Funk­ti­on auf ei­nem In­ter­vall (Dif­fe­ren­zen­quo­ti­ent) be­stim­men und auch als Se­kan­ten­stei­gung in­ter­pre­tie­ren

(16)

die mo­men­ta­ne Än­de­rungs­ra­te als Ab­lei­tung an ei­ner Stel­le aus der mitt­le­ren Än­de­rungs­ra­te durch Grenz­wert­über­le­gun­gen be­stim­men

(17)

die Ab­lei­tung an ei­ner Stel­le als Tan­gen­ten­stei­gung in­ter­pre­tie­ren

(18)

die Glei­chung der Tan­gen­te und der Nor­ma­le in ei­nem Kur­ven­punkt auf­stel­len

(19)

ei­ne Tan­gen­te an ei­nen Gra­phen als li­nea­re Ap­pro­xi­ma­ti­on ei­ner Funk­ti­on nut­zen

(20)

Stei­gungs­win­kel mit­hil­fe der Ab­lei­tung be­rech­nen

(21)

die Ab­lei­tungs­funk­ti­on als funk­tio­na­le Be­schrei­bung der Ab­lei­tung an be­lie­bi­gen Stel­len er­klä­ren

(22)

die Fak­tor­re­gel und die Sum­men­re­gel an­schau­lich be­grün­den

(23)

den Mo­no­to­nie­satz er­läu­tern und des­sen Nicht­um­kehr­bar­keit be­grün­den

(24)

die Ei­gen­schaf­ten von Funk­tio­nen und de­ren Gra­phen mit­hil­fe von Ab­lei­tungs­funk­tio­nen (auch hö­he­ren Ab­lei­tun­gen) un­ter­su­chen (Mo­no­to­nie, Ex­trem­punk­te, Krüm­mungs­ver­hal­ten, Wen­de­punk­te)

(25)

vom Gra­phen ei­ner Funk­ti­on auf den Gra­phen ih­rer Ab­lei­tungs­funk­ti­on schlie­ßen und um­ge­kehrt

(26)

den Zu­sam­men­hang zwi­schen der Funk­ti­on \(f\) mit \(f(x)=sin(x)\) und ih­rer Ableitungsfunktion \(f^\prime\)mit \(f^\prime(x)=cos(x)\) graphisch erläutern


Umsetzungshilfen
Hinweis
Die Beispielcurricula, Synopsen und Kompetenzraster sind bei den inhaltsbezogenen Kompetenzen des jeweiligen Faches zu finden.