1. Schularbeit Mathematik 4 AT – Komplette Lösungen

Zum Lernen für die Prüfung · Formeln: Zusammenfassung_Test_15.10

Tipp: Decke die Lösung ab, rechne jede Aufgabe selbst und vergleiche dann. Die ⚠️-Kästen zeigen die Fehler aus der Schularbeit.


Aufgabe 1 – Realteil, Imaginärteil, Gauß’sche Zahlenebene

a)

Schon in Komponentenform: Re = 2, Im = 1 → Punkt

b)

Polarform → Komponentenform:
→ Re ≈ 2,457, Im ≈ 1,721

c)

Exponentialform ablesen: , (Hauptwert )
→ Re = 0, Im = −2 → Punkt , also auf der negativen imaginären Achse

⚠️ Fehler in der Schularbeit: . Merke: ist eine Drehung um −90°. Ein Zeiger der Länge 2 zeigt also genau nach unten. Dafür muss man gar nichts rechnen!

Auswendig: , ,

Zeichnung: drei Punkte, nämlich , und . Die konjugierten Zahlen werden nicht verlangt!


Aufgabe 2 – Berechnen und zeichnen

a)

Weg 1 (ausmultiplizieren):

Weg 2 (Moivre):

Ergebnis: → Punkt im II. Quadranten ✓

b) → hat 5 Lösungen!

Schritt 1: in Polarform umrechnen

Schritt 2: Wurzelformel

kWinkelPolarformKomponentenform
0
1
2
3
4

Trick: Nach dem ersten Winkel immer rechnen.

Zeichnung: 5 Punkte auf einem Kreis mit Radius ≈ 1,33. Sie bilden ein regelmäßiges Fünfeck.

⚠️ Fehler in der Schularbeit: . Der Betrag 1,32 war fast richtig, aber eine n-te Wurzel hat immer n Lösungen und man braucht die Winkel.


Aufgabe 3 – Gleichungen lösen

a)

Weg 1 (Polarform):
, → III. Quadrant →

Weg 2 (Ansatz ), geht ohne Taschenrechner:
Real- und Imaginärteil vergleichen:
Einsetzen:
Substitution : (oder , unmöglich, da reell)
→

Probe: ✓

⚠️ Fehler in der Schularbeit: . Eine quadratische Gleichung hat in immer 2 Lösungen, und kann man nicht einfach in den Taschenrechner tippen.

b)

Große Lösungsformel mit , , :

Diskriminante:

Wurzel aus , Ansatz : , →

Einsetzen:

Probe mit : ✓

⚠️ In der Schularbeit: war richtig gefunden, aber dann stand da und hat gefehlt.


Aufgabe 4 – Zeigen, dass x = 1 und x = 2 Lösungen sind, und weitere Lösungen berechnen

Schritt 1: Nach Potenzen ordnen

Schritt 2: Einsetzen (Probe)
: ✓
: ✓

Schritt 3: Horner-Schema (die Koeffizienten durch und dann abbauen)

✓
✓

So geht Horner: die Zahl herunterholen, mit multiplizieren und zur nächsten Zahl addieren.
Zum Beispiel: , usw.

Übrig bleibt:

Alternative statt Horner: Polynomdivision durch

Schritt 4: Quadratische Gleichung lösen

mit dem Ansatz : , →

⚠️ In der Schularbeit: Die Probe war perfekt (2 Punkte), aber 3 und 4 waren geraten. Eine Gleichung 4. Grades hat 4 Lösungen, und die beiden fehlenden findet man mit Horner + Lösungsformel.


Aufgabe 5 – Rhombus (Raute)

Gegeben: , , = Diagonalenschnittpunkt

Wichtige Eigenschaften der Raute:

  1. Die Diagonalen halbieren sich → E ist Mittelpunkt von AC und von BD
  2. Die Diagonalen stehen normal aufeinander → Skalarprodukt = 0

C berechnen (E ist Mittelpunkt von AC):

B berechnen ():

D berechnen (E ist Mittelpunkt von BD):

Ergebnis: , ,

Probe: alle Seiten gleich lang: ✓

⚠️ In der Schularbeit: C war richtig, B und D falsch. Der Schlüssel ist: Diagonalen normal → Skalarprodukt = 0.


Aufgabe 6 – Vektoren in der Raute durch und ausdrücken

Gegeben: ,

Schritt 1: Alle Seiten durch und ausdrücken (das ist der wichtigste Schritt!)

  • ← nicht !

Schritt 2: Teilpunkte

  • E halbiert AB:
  • F liegt von BC von B entfernt: ,
  • G liegt von CD von C entfernt: ,

Schritt 3: Wege zusammensetzen

Kontrolle: ✓ (geschlossener Weg)

⚠️ In der Schularbeit: gesetzt. In der Raute ist BC zwar gleich lang wie AB, zeigt aber in eine andere Richtung! Richtig: .
Bei : Von G nach D geht man gegen die Richtung von , also .


Aufgabe 7 – Fläche und Winkel des Dreiecks aus und

Das Dreieck hat die Seiten , und (Ecken O, A, B).

Flächeninhalt

Winkel

Längen: , , ,

Winkel bei O (zwischen und ):
(negativ → stumpfer Winkel!)

Winkel bei A (Vektoren von A weg: und ):

Winkel bei B (Winkelsumme):

Ergebnis: E², Winkel , und

⚠️ In der Schularbeit: Das Skalarprodukt war richtig! Die Fläche braucht aber das Kreuzprodukt, und beim Dreieck muss man ÷ 2 rechnen.


Aufgabe 8 – Prisma und Pyramide

, , ,

a) Zeige, dass ABCD ein Rechteck ist

  1. und → Parallelogramm
  2. → rechter Winkel

→ Parallelogramm mit rechtem Winkel = Rechteck ✓ (Seiten 2 und 3)

⚠️ In der Schularbeit: „Wie man an der Zeichnung erkennen kann“. „Zeige“ heißt aber immer rechnerisch zeigen, mit Skalarprodukt = 0!

b) H liegt auf der z-Achse bei 3

Auf der z-Achse gilt und →

⚠️ In der Schularbeit: . Ein Punkt auf der z-Achse hat immer x = 0 und y = 0!

Verschiebungsvektor des Prismas: Laut Skizze liegt H über A (alle Seitenkanten sind parallel):
Damit: , ,

c) Grundfläche der Pyramide: Seitenmitten von ABCD

(Mittelpunkt = )

Kantenlänge: Die Seitenmitten eines Rechtecks bilden eine Raute, also sind alle 4 Kanten gleich lang:

Flächeninhalt (mit dem Kreuzprodukt):
Kontrolle: Die Raute ist genau halb so groß wie das Rechteck: ✓

d) Spitze M = Diagonalenschnittpunkt von EFGH

Mittelpunkt der Diagonale EG:

e) Kantenlängen der Pyramide

Grundkanten: 4 × (aus c)

Seitenkanten (von M zu den Ecken):

KanteVektorLänge

f) Winkel zwischen den Kanten in M

Immer mit benachbarten Kanten:

WinkelSkalarproduktRechnungErgebnis

⚠️ Hinweis: In der Skizze liegt H über A. Hat die Lehrkraft eine andere Zuordnung gemeint, ändern sich M, e) und f), der Rechenweg bleibt aber gleich.


🎯 Die wichtigsten Lehren für morgen

  1. ist ein Winkel! heißt Länge 2, Winkel −90° →
  2. n-te Wurzel = n Lösungen, Abstand
  3. → Ansatz , Real- und Imaginärteil vergleichen
  4. Lösungsformel funktioniert auch mit komplexen Zahlen, die Wurzel aus D zieht man mit dem Ansatz
  5. Polynom 4. Grades: Probe → Horner → quadratische Gleichung
  6. Raute: Diagonalen halbieren sich und stehen normal (Skalarprodukt = 0)
  7. Vektoren in Figuren: zuerst alle Seiten durch die gegebenen Vektoren ausdrücken (!)
  8. Dreiecksfläche , Winkel über das Skalarprodukt
  9. „Zeige“ = rechnen, nicht „wie man sieht“
  10. Auf der z-Achse: