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Stellen Sie aus rund 20.000 Matheaufgaben Ihre eigenen Arbeitsblätter zusammen, von der 3. bis zur 13. Klasse. Alle Aufgaben enthalten Lösungsschritte.

Wurzeln näherungsweise bestimmen

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4143719
Gegeben sind die Zahlen \(150\), \(180\) und \(210\). Entscheide für jede dieser Zahlen, ob ihre Quadratwurzel zwischen \(13\) und \(14\) liegt. Begründe deine Antwort, indem du die Quadratzahlen von \(13\) und \(14\) berechnest und die Zahlen damit vergleichst.

Denkanstöße

- Wie hängen die Wurzeln von Zahlen mit ihren Quadraten zusammen? - Wenn eine Wurzel zwischen zwei Zahlen liegen soll, wo muss dann die ursprüngliche Zahl im Vergleich zu den Quadraten dieser zwei Zahlen liegen? - Berechne zuerst die Quadrate der Grenzwerte.

Lösung

1. Berechnung der relevanten Quadratzahlen: \(13^2 = 169\) und \(14^2 = 196\). 2. Vergleich von \(150\): Da \(150 < 169\), ist \(\sqrt{150} < 13\). Die Zahl liegt nicht im Intervall. 3. Vergleich von \(180\): Da \(169 < 180 < 196\), liegt \(\sqrt{180}\) zwischen \(13\) und \(14\). 4. Vergleich von \(210\): Da \(210 > 196\), ist \(\sqrt{210} > 14\). Die Zahl liegt nicht im Intervall.

Antwort

Nur die Quadratwurzel von \(180\) liegt zwischen \(13\) und \(14\), da \(13^2 = 169\) und \(14^2 = 196\) gilt und nur \(180\) zwischen diesen Quadratzahlen liegt (\(169 < 180 < 196\)).
4144049
Bestimme für die folgenden Zahlen die ersten drei Intervalle einer Dezimal-Intervallschachtelung. Wähle die Intervalle so, dass die Breite im ersten Schritt \(1\), im zweiten \(0{,}1\) und im dritten \(0{,}01\) beträgt. a) \(\sqrt{12}\) b) \(-\frac{17}{8}\)

Denkanstöße

- Kannst du die Quadratzahlen der benachbarten natürlichen Zahlen finden? - Wie verhalten sich die Grenzen bei negativen Zahlen im Vergleich zu positiven Zahlen? - Wandle den Bruch in eine Dezimalzahl um, um die Intervalle leichter zu finden.

Lösung

1. Berechnung für \(\sqrt{12}\): Da \(3^2 = 9\) und \(4^2 = 16\), liegt \(\sqrt{12}\) im Intervall \(I_1 = [3; 4]\). Da \(3{,}4^2 = 11{,}56\) und \(3{,}5^2 = 12{,}25\), folgt \(I_2 = [3{,}4; 3{,}5]\). Mit \(3{,}46^2 = 11{,}9716\) und \(3{,}47^2 = 12{,}0409\) ergibt sich \(I_3 = [3{,}46; 3{,}47]\). 2. Berechnung für \(-\frac{17}{8}\): Der Wert ist exakt \(-2{,}125\). Die Zahl liegt zwischen \(-3\) und \(-2\), also \(I_1 = [-3; -2]\). Im Zehntelbereich liegt sie zwischen \(-2{,}2\) und \(-2{,}1\), also \(I_2 = [-2{,}2; -2{,}1]\). Im Hundertstelbereich liegt sie zwischen \(-2{,}13\) und \(-2{,}12\), also \(I_3 = [-2{,}13; -2{,}12]\).

Antwort

a) \(I_1 = [3; 4]\), \(I_2 = [3{,}4; 3{,}5]\), \(I_3 = [3{,}46; 3{,}47]\) b) \(I_1 = [-3; -2]\), \(I_2 = [-2{,}2; -2{,}1]\), \(I_3 = [-2{,}13; -2{,}12]\)
4144529
Bestimme die ersten drei Intervalle einer Intervallschachtelung für \(\sqrt{11}\).

Denkanstöße

- Welche Quadratzahlen liegen am nächsten an der Zahl unter der Wurzel? - Wie verändert sich das Quadrat einer Zahl, wenn du die letzte Stelle um 1 erhöhst? - Kannst du durch systematisches Probieren der Quadrate von Dezimalzahlen die Grenzen enger ziehen?

Lösung

1. Bestimmung der ganzzahligen Grenzen: Da \(3^2 = 9\) und \(4^2 = 16\), liegt \(\sqrt{11}\) zwischen \(3\) und \(4\). Das erste Intervall ist \([3; 4]\). 2. Bestimmung der ersten Nachkommastelle: Es gilt \(3{,}3^2 = 10{,}89\) und \(3{,}4^2 = 11{,}56\). Da \(10{,}89 < 11 < 11{,}56\), liegt \(\sqrt{11}\) im Intervall \([3{,}3; 3{,}4]\). 3. Bestimmung der zweiten Nachkommastelle: Es gilt \(3{,}31^2 = 10{,}9561\) und \(3{,}32^2 = 11{,}0224\). Da \(10{,}9561 < 11 < 11{,}0224\), ist das dritte Intervall \([3{,}31; 3{,}32]\).

Antwort

Die ersten drei Intervalle sind: 1. \([3; 4]\) 2. \([3{,}3; 3{,}4]\) 3. \([3{,}31; 3{,}32]\)
4247139
Berechne die Näherungswerte der Terme \(A = 2 \cdot \sqrt{13}\) und \(B = 5 \cdot \sqrt{2}\) und runde die Ergebnisse auf eine Dezimalstelle. Welcher der beiden Werte ist größer?

Denkanstöße

- Welche ungefähren Werte haben die Quadratwurzeln, wenn du sie auf zwei oder drei Stellen nach dem Komma bestimmst? - Wie verändert sich das Ergebnis, wenn du die Wurzel mit dem Faktor davor multiplizierst? - Achte beim Vergleichen darauf, dass beide Werte auf dieselbe Anzahl an Dezimalstellen gerundet sind.

Lösung

1. Berechnung von \(A\): Unter Verwendung des Näherungswerts \(\sqrt{13} \approx 3{,}6056\) ergibt sich \(2 \cdot 3{,}6056 = 7{,}2112\). Gerundet auf eine Dezimalstelle erhält man \(A \approx 7{,}2\). 2. Berechnung von \(B\): Unter Verwendung des Näherungswerts \(\sqrt{2} \approx 1{,}4142\) ergibt sich \(5 \cdot 1{,}4142 = 7{,}0710\). Gerundet auf eine Dezimalstelle erhält man \(B \approx 7{,}1\). 3. Vergleich der Ergebnisse: Da \(7{,}2 > 7{,}1\), ist der Wert von \(A\) größer als der von \(B\).

Antwort

\(A \approx 7{,}2\) und \(B \approx 7{,}1\). Somit ist \(A\) größer.
4248139
Berechne die folgenden Werte und runde das Ergebnis auf zwei Dezimalstellen. Nutze für die Rechnung die Näherungswerte \(\sqrt{2} \approx 1{,}414\) und \(\sqrt{3} \approx 1{,}732\). a) \(1{,}5 \cdot \sqrt{2} + 2\) b) \(2 \cdot \sqrt{3} - \sqrt{2}\) c) \(\frac{\sqrt{3} + \sqrt{2}}{2}\)

Denkanstöße

- Setze zuerst die gegebenen Zahlenwerte für die Wurzeln in die Terme ein. - Achte bei der Multiplikation und Division auf die richtige Reihenfolge der Rechenschritte (Punkt- vor Strichrechnung). - Runde erst ganz am Ende deiner Rechnung auf zwei Stellen nach dem Komma. - Erinnere dich an die Rundungsregeln: Bei einer 0, 1, 2, 3 oder 4 an der dritten Stelle wird abgerundet, bei 5, 6, 7, 8 oder 9 wird aufgerundet.

Lösung

1. Berechnung von Teil a: \(1{,}5 \cdot 1{,}414 + 2 = 2{,}121 + 2 = 4{,}121\). Gerundet auf zwei Dezimalstellen ergibt dies \(4{,}12\). 2. Berechnung von Teil b: \(2 \cdot 1{,}732 - 1{,}414 = 3{,}464 - 1{,}414 = 2{,}05\). Der Näherungswert besitzt bereits zwei Dezimalstellen. 3. Berechnung von Teil c: \((1{,}732 + 1{,}414) : 2 = 3{,}146 : 2 = 1{,}573\). Gerundet auf zwei Dezimalstellen ergibt dies \(1{,}57\).

Antwort

a) \(\approx 4{,}12\) b) \(\approx 2{,}05\) c) \(\approx 1{,}57\)
4248299
Berechne die Werte der folgenden Terme näherungsweise und gib das Ergebnis auf zwei Nachkommastellen (Genauigkeit \(0{,}01\)) gerundet an: 1) \(2{,}45 + \sqrt{3}\) 2) \(7{,}18 - \sqrt{10}\) 3) \(\sqrt{8} + \sqrt{2}\) 4) \(3 \cdot \sqrt{5} - 4\)

Denkanstöße

- Wie viele Nachkommastellen sind nötig, um ein Ergebnis sicher auf zwei Stellen zu runden? - Kannst du Wurzeln wie \(\sqrt{8}\) vereinfachen, bevor du den Taschenrechner nutzt? - Achte beim Runden auf die dritte Nachkommastelle. - Was genau bedeutet eine Genauigkeit von \(0{,}01\)?

Lösung

1. Bestimmung der Näherungswerte für die Wurzeln: \(\sqrt{3} \approx 1{,}7321\), \(\sqrt{10} \approx 3{,}1623\), \(\sqrt{8} \approx 2{,}8284\), \(\sqrt{2} \approx 1{,}4142\), \(\sqrt{5} \approx 2{,}2361\). 2. Durchführung der Berechnungen: - \(2{,}45 + 1{,}7321 \approx 4{,}1821\) - \(7{,}18 - 3{,}1623 \approx 4{,}0177\) - \(2{,}8284 + 1{,}4142 \approx 4{,}2426\) - \(3 \cdot 2{,}2361 - 4 \approx 6{,}7083 - 4 = 2{,}7083\) 3. Runden der Ergebnisse auf zwei Nachkommastellen: \(4{,}18\); \(4{,}02\); \(4{,}24\); \(2{,}71\).

Antwort

1) \(\approx 4{,}18\) 2) \(\approx 4{,}02\) 3) \(\approx 4{,}24\) 4) \(\approx 2{,}71\)
4280899
Berechne die folgenden Werte auf zwei Nachkommastellen genau: 1) \(4\sqrt{7}\) 2) \(9\sqrt{2}\) 3) \(2\sqrt{15}\)

Denkanstöße

- Kannst du die Wurzeln zuerst mit einem Näherungsverfahren oder dem Taschenrechner bestimmen? - Wie viele Nachkommastellen solltest du bei den Zwischenschritten verwenden, um am Ende sicher auf zwei Stellen runden zu können? - Erinnere dich an die Rundungsregeln: Ab 5 wird aufgerundet.

Lösung

1. Bestimmung des Näherungswerts für \(\sqrt{7} \approx 2{,}64575\). Multiplikation: \(4 \cdot 2{,}64575 = 10{,}583\). Gerundet: \(10{,}58\). 2. Bestimmung des Näherungswerts für \(\sqrt{2} \approx 1{,}41421\). Multiplikation: \(9 \cdot 1{,}41421 = 12{,}72789\). Gerundet: \(12{,}73\). 3. Bestimmung des Näherungswerts für \(\sqrt{15} \approx 3{,}87298\). Multiplikation: \(2 \cdot 3{,}87298 = 7{,}74596\). Gerundet: \(7{,}75\).

Antwort

1) \(\approx 10{,}58\) 2) \(\approx 12{,}73\) 3) \(\approx 7{,}75\)
4281019
Bestimme die Näherungswerte für die Lösungen der folgenden Gleichungen auf zwei Dezimalstellen genau: 1) \(x^2 - 13 = 0\) 2) \(0{,}5x^2 = 11\) 3) \(4x^2 - 30 = 50\)

Denkanstöße

- Forme die Gleichung zuerst so um, dass \(x^2\) alleine auf einer Seite steht. - Vergiss beim Wurzelziehen nicht, dass es sowohl eine positive als auch eine negative Lösung geben kann. - Achte beim Runden auf die dritte Nachkommastelle: Ist sie 5 oder höher, rundest du auf.

Lösung

1. Umstellen nach \(x^2\): \(x^2 = 13\). Ziehen der Quadratwurzel ergibt \(x = \pm \sqrt{13}\). Mit dem Taschenrechner berechnet und gerundet: \(x \approx \pm 3{,}61\). 2. Multiplikation mit 2 isoliert \(x^2\): \(x^2 = 22\). Ziehen der Quadratwurzel ergibt \(x = \pm \sqrt{22}\). Gerundeter Wert: \(x \approx \pm 4{,}69\). 3. Addition von 30 und Division durch 4 führt zu \(4x^2 = 80\) bzw. \(x^2 = 20\). Ziehen der Quadratwurzel ergibt \(x = \pm \sqrt{20}\). Gerundeter Wert: \(x \approx \pm 4{,}47\).

Antwort

1) \(x \approx \pm 3{,}61\) 2) \(x \approx \pm 4{,}69\) 3) \(x \approx \pm 4{,}47\)
4144059
Gegeben sind die Zahlen \(x = \sqrt{45}\) und \(y = 6{,}71\). a) Ermittle das Intervall \(I_3\) der Intervallschachtelung für \(x\) mit der Breite \(0{,}01\). b) Vergleiche \(x\) und \(y\). Welche Zahl ist größer? Begründe deine Antwort mithilfe des Ergebnisses aus Teilaufgabe a).

Denkanstöße

- Wie kannst du ohne Taschenrechner prüfen, ob eine Wurzel kleiner oder größer als eine Dezimalzahl ist? - Was sagt die obere Grenze eines Intervalls über die darin enthaltene Zahl aus?

Lösung

1. Bestimmung von \(I_3\) für \(\sqrt{45}\): Es gilt \(6^2 = 36\) und \(7^2 = 49\), also \(I_1 = [6; 7]\). Da \(6{,}7^2 = 44{,}89\) und \(6{,}8^2 = 46{,}24\), ist \(I_2 = [6{,}7; 6{,}8]\). Prüfung der Hundertstel: \(6{,}70^2 = 44{,}89\) und \(6{,}71^2 = 45{,}0241\). Da \(44{,}89 < 45 < 45{,}0241\), ist \(I_3 = [6{,}70; 6{,}71]\). 2. Vergleich: Da \(\sqrt{45}\) im Intervall \([6{,}70; 6{,}71]\) liegt, ist \(\sqrt{45} < 6{,}71\), weil die obere Intervallgrenze \(6{,}71\) bereits ein Quadrat größer als \(45\) besitzt (\(6{,}71^2 = 45{,}0241\)). Somit ist \(y > x\).

Antwort

a) \(I_3 = [6{,}70; 6{,}71]\) b) \(y\) ist größer als \(x\), da \(6{,}71^2 = 45{,}0241 > 45\) ist und somit \(\sqrt{45} < 6{,}71\) gilt.
4144069
Eine reelle Zahl \(z\) liegt im Intervall \(I_3 = [5{,}38; 5{,}39]\) einer Intervallschachtelung. Überprüfe für die folgenden Zahlen, ob sie als Wert für \(z\) infrage kommen. Begründe durch Rechnung. a) \(\sqrt{29}\) b) \(\frac{43}{8}\) c) \(5{,}382\)

Denkanstöße

- Was muss für eine Zahl gelten, damit sie in einem Intervall \([a; b]\) liegt? - Wie kannst du eine Wurzel mit den Grenzen vergleichen, ohne die Wurzel direkt zu ziehen? - Wandle Brüche in Dezimalzahlen um, um sie direkt vergleichen zu können.

Lösung

1. Überprüfung von \(\sqrt{29}\): Berechne die Quadrate der Intervallgrenzen: \(5{,}38^2 = 28{,}9444\) und \(5{,}39^2 = 29{,}0521\). Da \(28{,}9444 < 29 < 29{,}0521\), liegt \(\sqrt{29}\) im Intervall. 2. Überprüfung von \(\frac{43}{8}\): Wandle den Bruch in eine Dezimalzahl um: \(43 : 8 = 5{,}375\). Da \(5{,}375 < 5{,}38\), liegt die Zahl unterhalb des Intervalls. 3. Überprüfung von \(5{,}382\): Da \(5{,}38 < 5{,}382 < 5{,}39\), liegt diese Dezimalzahl innerhalb des Intervalls.

Antwort

a) Ja, da \(5{,}38^2 < 29 < 5{,}39^2\). b) Nein, da \(\frac{43}{8} = 5{,}375 < 5{,}38\). c) Ja, da \(5{,}38 < 5{,}382 < 5{,}39\).
4144539
Eine Intervallschachtelung für \(\sqrt{2}\) beginnt mit dem Intervall \(I_1 = [1; 2]\). Jedes nachfolgende Intervall wird durch die Unterteilung des vorherigen in zehn gleich große Abschnitte und die Auswahl des passenden Abschnitts gebildet. a) Wie groß ist die Breite des vierten Intervalls \(I_4\)? b) Überprüfe rechnerisch, ob die Zahl \(1{,}414\) im Intervall \(I_4\) enthalten ist.

Denkanstöße

- Wie ändert sich die Länge eines Intervalls, wenn man es in zehn gleiche Teile zerlegt? - Erinnere dich daran, wie man prüft, ob eine Wurzel in einem bestimmten Bereich liegt, indem man die Grenzen quadriert. - Was bedeutet es mathematisch, wenn eine Zahl genau auf der Grenze eines Intervalls liegt?

Lösung

1. Berechnung der Intervallbreiten: Das erste Intervall \(I_1\) hat die Breite \(1\). Jede weitere Unterteilung reduziert die Breite um den Faktor \(10\). Somit hat \(I_2\) die Breite \(0{,}1\), \(I_3\) die Breite \(0{,}01\) und \(I_4\) die Breite \(0{,}001\). 2. Bestimmung von \(I_4\): Durch sukzessives Quadrieren findet man \(1{,}4^2 = 1{,}96\) und \(1{,}5^2 = 2{,}25\), also \(I_2 = [1{,}4; 1{,}5]\). Weiter ist \(1{,}41^2 = 1{,}9881\) und \(1{,}42^2 = 2{,}0164\), also \(I_3 = [1{,}41; 1{,}42]\). Für die dritte Nachkommastelle gilt \(1{,}414^2 = 1{,}999396\) und \(1{,}415^2 = 2{,}002225\). Damit ist \(I_4 = [1{,}414; 1{,}415]\). 3. Prüfung der Enthaltensein: Da \(1{,}414\) die untere Grenze des abgeschlossenen Intervalls \([1{,}414; 1{,}415]\) ist, liegt die Zahl im Intervall.

Antwort

a) Die Breite des vierten Intervalls \(I_4\) beträgt \(0{,}001\). b) Ja, \(1{,}414\) liegt im Intervall \(I_4\), da \(1{,}414^2 = 1{,}999396 < 2\) und \(1{,}415^2 = 2{,}002225 > 2\), woraus \(I_4 = [1{,}414; 1{,}415]\) folgt.
4144549
Betrachte die Zahl \(\sqrt{18}\). a) Bestimme das Intervall der Form \([n; n+1]\) mit \(n \in \mathbb{N}\), in dem die Zahl liegt. b) Entscheide durch den Vergleich von Quadraten, ob \(\sqrt{18}\) näher an \(4{,}2\) oder näher an \(4{,}3\) liegt. Begründe deine Entscheidung ohne die Wurzel direkt mit dem Taschenrechner zu ziehen.

Denkanstöße

- Bestimme zunächst benachbarte Quadratzahlen. - Zum Vergleich zweier Näherungswerte ist ihr Mittelpunkt entscheidend. - Quadriere den Mittelpunkt \(4{,}25\) und vergleiche mit \(18\).

Lösung

1. Da \(4^2=16<18<25=5^2\), gilt \(4<\sqrt{18}<5\). Damit liegt \(\sqrt{18}\) im Intervall \([4;5]\). 2. Es gilt \[ 4{,}2^2=17{,}64<18 \] und \[ 4{,}25^2=18{,}0625>18. \] Daher liegt \(\sqrt{18}\) zwischen \(4{,}2\) und dem Mittelpunkt \(4{,}25\) der Zahlen \(4{,}2\) und \(4{,}3\). Somit ist \(\sqrt{18}\) näher an \(4{,}2\) als an \(4{,}3\).

Antwort

a) \([4;5]\) b) \(\sqrt{18}\) liegt näher an \(4{,}2\), denn \[ 4{,}2<\sqrt{18}<4{,}25. \] Dabei ist \(4{,}25\) der Mittelpunkt von \(4{,}2\) und \(4{,}3\).
4144779
Zwei Schüler suchen eine rationale Näherung für \(\sqrt{10}\). Lukas schlägt \(\frac{19}{6}\) vor, Sophie \(\frac{22}{7}\). a) Entscheide ohne Taschenrechner durch Quadrieren, welcher Näherungswert näher an \(\sqrt{10}\) liegt. b) Berechne mit dem Taschenrechner für beide Vorschläge den absoluten Fehler. Wer hat recht?

Denkanstöße

- Prüfe zuerst durch Quadrieren, auf welcher Seite von \(\sqrt{10}\) die beiden Brüche liegen. - Bei zwei Werten auf verschiedenen Seiten entscheidet der Mittelpunkt über die größere Nähe. - Quadriere den Mittelpunkt der beiden Brüche.

Lösung

1. Die beiden Vorschläge liegen auf verschiedenen Seiten von \(\sqrt{10}\): \[ \left(\frac{22}{7}\right)^2=\frac{484}{49}<10 \quad\text{und}\quad \left(\frac{19}{6}\right)^2=\frac{361}{36}>10. \] 2. Ihr Mittelpunkt ist \[ m=\frac12\left(\frac{22}{7}+\frac{19}{6}\right)=\frac{265}{84}. \] Es gilt \[ m^2=\frac{70\,225}{7056}<\frac{70\,560}{7056}=10. \] Also ist \(m<\sqrt{10}\). Damit liegt \(\sqrt{10}\) rechts vom Mittelpunkt und näher am größeren Wert \(\frac{19}{6}\). 3. Mit \(\sqrt{10}\approx3{,}162278\) erhält man \[ \left|\frac{19}{6}-\sqrt{10}\right|\approx0{,}004389 \] und \[ \left|\frac{22}{7}-\sqrt{10}\right|\approx0{,}019421. \] Lukas hat recht.

Antwort

a) \(\frac{19}{6}\) liegt näher an \(\sqrt{10}\). Der Mittelpunkt \(\frac{265}{84}\) hat ein Quadrat kleiner als \(10\), daher liegt \(\sqrt{10}\) auf der Seite von \(\frac{19}{6}\). b) Fehler von Lukas: ungefähr \(0{,}004389\); Fehler von Sophie: ungefähr \(0{,}019421\). Lukas hat recht.
4144789
Gegeben ist die Zahl \(\sqrt{13}\). a) Bestimme die zwei aufeinanderfolgenden natürlichen Zahlen, zwischen denen \(\sqrt{13}\) liegt. b) Untersuche durch Quadrieren, ob \(\sqrt{13}\) näher an \(3{,}6\) oder an \(3{,}61\) liegt. c) Begründe ohne Taschenrechner, warum die Näherung \(\frac{11}{3}\) größer als \(\sqrt{13}\) sein muss.

Denkanstöße

- Nutze benachbarte Quadratzahlen. - Zum Vergleich von \(3{,}6\) und \(3{,}61\) quadriere ihren Mittelpunkt. - Eine positive Zahl ist größer als \(\sqrt{13}\), wenn ihr Quadrat größer als \(13\) ist.

Lösung

1. Da \(3^2=9<13<16=4^2\), gilt \(3<\sqrt{13}<4\). 2. Der Mittelpunkt von \(3{,}6\) und \(3{,}61\) ist \(3{,}605\). Es gilt \[ 3{,}605^2=12{,}996025<13 \] und \[ 3{,}61^2=13{,}0321>13. \] Somit liegt \(\sqrt{13}\) zwischen \(3{,}605\) und \(3{,}61\) und daher näher an \(3{,}61\). 3. Außerdem ist \[ \left(\frac{11}{3}\right)^2=\frac{121}{9}>13. \] Da \(\frac{11}{3}>0\), folgt \(\frac{11}{3}>\sqrt{13}\).

Antwort

a) \(3<\sqrt{13}<4\). b) \(\sqrt{13}\) liegt näher an \(3{,}61\), denn \(3{,}605^2<13<3{,}61^2\). c) \(\left(\frac{11}{3}\right)^2>13\), also \(\frac{11}{3}>\sqrt{13}\).
4144809
Zwei Schüler berechnen Näherungswerte für \(\sqrt{5}\). Schüler A behauptet: „Ein guter Näherungswert ist \(2{,}25\).“ Schüler B behauptet: „Der Wert \(2{,}236\) ist noch genauer.“ Überprüfe beide Behauptungen, indem du die Quadrate der Näherungswerte bildest und mit der Zahl 5 vergleichst. Welche Näherung ist präziser? Begründe deine Antwort rechnerisch.

Denkanstöße

- Quadriere zunächst beide Näherungswerte. - Bestimme dann den Mittelpunkt der beiden Vorschläge. - Auf welcher Seite dieses Mittelpunkts liegt \(\sqrt5\)?

Lösung

1. Es gilt \[ 2{,}236^2=4{,}999696<5 \] und \[ 2{,}25^2=5{,}0625>5. \] 2. Der Mittelpunkt der beiden Näherungswerte ist \[ m=\frac{2{,}236+2{,}25}{2}=2{,}243. \] Da \[ 2{,}243^2=5{,}031049>5, \] gilt \(\sqrt5<2{,}243\). 3. Zusammen mit \(2{,}236<\sqrt5\) folgt \[ 2{,}236<\sqrt5<2{,}243. \] Damit liegt \(\sqrt5\) näher an \(2{,}236\) als an \(2{,}25\).

Antwort

Die Näherung \(2{,}236\) ist präziser. Der Mittelpunkt der beiden Vorschläge ist \(2{,}243\), und \[ 2{,}236<\sqrt5<2{,}243. \] Daher liegt \(\sqrt5\) näher an \(2{,}236\).
4247059
Berechne den Wert des Terms \(15 \cdot \sqrt{2}\) auf eine Nachkommastelle genau mit zwei verschiedenen Herangehensweisen: a) Bestimme zuerst den Näherungswert von \(\sqrt{2}\) auf eine Nachkommastelle genau und multipliziere diesen dann mit 15. b) Forme den Term zuerst um, indem du die 15 unter die Wurzel ziehst. Berechne dann den Wert der so entstandenen Wurzel auf eine Nachkommastelle genau. Vergleiche die Ergebnisse mit dem korrekten, auf eine Dezimalstelle gerundeten Wert \(21{,}2\). Welche Methode liefert das genauere Ergebnis? Begründe kurz.

Denkanstöße

- Was passiert mit einem kleinen Fehler, wenn man die Zahl danach mit einer großen Zahl multipliziert? - Überlege, an welcher Stelle der Rechnung Informationen durch das Runden verloren gehen. - Berechne für Methode b zunächst das Quadrat von 15.

Lösung

1. Methode a: Bestimmung von \(\sqrt{2} \approx 1{,}4\). Multiplikation: \(15 \cdot 1{,}4 = 21{,}0\). 2. Methode b: Umformung zu \(\sqrt{15^2 \cdot 2} = \sqrt{225 \cdot 2} = \sqrt{450}\). Näherungsweise Berechnung der Wurzel: Da \(21{,}2^2 = 449{,}44 < 450\) und \(21{,}25^2 = 451{,}5625 > 450\), gilt \(21{,}2 < \sqrt{450} < 21{,}25\). Daher ergibt sich auf eine Nachkommastelle gerundet \(21{,}2\). 3. Vergleich: Das Ergebnis von Methode b (\(21{,}2\)) stimmt exakt mit dem gerundeten Zielwert überein, während Methode a (\(21{,}0\)) eine Abweichung von \(0{,}2\) aufweist. 4. Begründung: Bei Methode a wird der Rundungsfehler von \(\sqrt{2}\) (ca. \(0{,}014\)) mit 15 multipliziert, wodurch der Fehler im Endergebnis deutlich ansteigt. Bei Methode b findet die Rundung erst am Ende statt.

Antwort

Methode a) ergibt \(21{,}0\). Methode b) ergibt \(21{,}2\). Methode b) ist genauer, da der Rundungsfehler der Wurzel bei Methode a durch die Multiplikation mit 15 ebenfalls verfünfzehnfacht wird.
4247149
Gegeben ist der Term \(4 \cdot \sqrt{5}\). a) Bestimme zwei aufeinanderfolgende natürliche Zahlen, zwischen denen der Wert dieses Terms liegt. Nutze dazu die Darstellung als einzelne Wurzel. b) Berechne den Näherungswert des Terms auf eine Dezimalstelle gerundet.

Denkanstöße

- Wie kannst du eine Zahl, die vor einer Wurzel steht, mit in das Wurzelzeichen hineinnehmen? - Welche Quadratzahlen liegen in der Nähe des Wertes, der unter der umgeformten Wurzel steht? - Denke daran, für die Berechnung des Näherungswerts eine ausreichend genaue Darstellung der Wurzel zu wählen, bevor du am Ende rundest.

Lösung

1. Umformung in eine einzelne Wurzel: Der Faktor vor der Wurzel wird quadriert unter die Wurzel gezogen: \(4 \cdot \sqrt{5} = \sqrt{4^2 \cdot 5} = \sqrt{16 \cdot 5} = \sqrt{80}\). 2. Bestimmung des Intervalls: Da \(8^2 = 64\) und \(9^2 = 81\) ist, liegt \(\sqrt{80}\) zwischen \(\sqrt{64}\) und \(\sqrt{81}\). Somit liegt der Wert zwischen den natürlichen Zahlen 8 und 9. 3. Berechnung des Näherungswerts: Mit \(\sqrt{5} \approx 2{,}236\) ergibt sich \(4 \cdot 2{,}236 = 8{,}944\). Auf eine Dezimalstelle gerundet ergibt dies \(8{,}9\).

Antwort

a) Der Wert liegt zwischen 8 und 9. b) Der Näherungswert ist \(\approx 8{,}9\).
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Ein Quadrat hat einen Flächeninhalt von \(A = 7\,\text{cm}^2\). a) Bestimme die Seitenlänge \(s\) des Quadrats und berechne damit den Umfang \(U\). Runde die Ergebnisse auf zwei Stellen nach dem Komma. b) Berechne die Länge der Diagonale \(d\) dieses Quadrats mithilfe der Formel \(d = s \cdot \sqrt{2}\). Gib das Ergebnis ebenfalls auf zwei Nachkommastellen genau an.

Denkanstöße

- Wie hängen Flächeninhalt und Seitenlänge bei einem Quadrat zusammen? - Welche Formel benötigst du für den Umfang eines Quadrats? - Nutze für die Diagonale entweder die angegebene Formel oder den Satz des Pythagoras. - Verwende für Zwischenschritte mehr Nachkommastellen als für das Endergebnis gefordert sind.

Lösung

1. Berechnung der Seitenlänge \(s\) aus dem Flächeninhalt: \(s = \sqrt{A} = \sqrt{7} \approx 2{,}6458\,\text{cm}\). 2. Berechnung des Umfangs: \(U = 4 \cdot s = 4 \cdot \sqrt{7} \approx 10{,}5830\,\text{cm}\). Gerundet ergibt dies \(10{,}58\,\text{cm}\). 3. Berechnung der Diagonale: \(d = \sqrt{7} \cdot \sqrt{2} = \sqrt{14} \approx 3{,}7417\,\text{cm}\). Gerundet ergibt dies \(3{,}74\,\text{cm}\).

Antwort

a) \(s \approx 2{,}65\,\text{cm}\) und \(U \approx 10{,}58\,\text{cm}\) b) \(d \approx 3{,}74\,\text{cm}\)
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Vergleiche die Werte, indem du sie zunächst ohne Taschenrechner in die Form \(\sqrt{n}\) bringst. Überprüfe dein Ergebnis anschließend, indem du beide Werte auf zwei Nachkommastellen genau berechnest. a) \(3\sqrt{11}\) und \(10\) b) \(5\sqrt{6}\) und \(6\sqrt{5}\)

Denkanstöße

- Wie kann man eine Zahl vor einer Wurzel unter die Wurzel ziehen? - Was passiert mit dem Wert einer Wurzel, wenn die Zahl unter der Wurzel (der Radikand) größer wird? - Kannst du eine Zahl wie 10 als Quadratwurzel schreiben?

Lösung

1. Vergleich durch Umformung: a) \(3\sqrt{11} = \sqrt{3^2 \cdot 11} = \sqrt{9 \cdot 11} = \sqrt{99}\). Da \(10 = \sqrt{100}\) und \(\sqrt{99} < \sqrt{100}\), gilt \(3\sqrt{11} < 10\). b) \(5\sqrt{6} = \sqrt{25 \cdot 6} = \sqrt{150}\) und \(6\sqrt{5} = \sqrt{36 \cdot 5} = \sqrt{180}\). Da \(\sqrt{150} < \sqrt{180}\), gilt \(5\sqrt{6} < 6\sqrt{5}\). 2. Numerische Überprüfung: a) \(3\sqrt{11} \approx 3 \cdot 3{,}3166 = 9{,}9498 \approx 9{,}95\). Vergleich: \(9{,}95 < 10\). b) \(5\sqrt{6} \approx 5 \cdot 2{,}4495 = 12{,}2475 \approx 12{,}25\) und \(6\sqrt{5} \approx 6 \cdot 2{,}2361 = 13{,}4166 \approx 13{,}42\). Vergleich: \(12{,}25 < 13{,}42\).

Antwort

a) \(3\sqrt{11} < 10\), da \(\sqrt{99} < \sqrt{100}\) (Näherungswerte: \(9{,}95 < 10\)). b) \(5\sqrt{6} < 6\sqrt{5}\), da \(\sqrt{150} < \sqrt{180}\) (Näherungswerte: \(12{,}25 < 13{,}42\)).
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Betrachte die Gleichung \(x^2 = 40\). a) Bestimme zwei aufeinanderfolgende natürliche Zahlen, zwischen denen die positive Lösung dieser Gleichung liegt. Begründe deine Überlegung ohne Verwendung der Wurzeltaste des Taschenrechners. b) Bestimme beide Lösungen der Gleichung auf zwei Dezimalstellen genau.

Denkanstöße

- Welche Quadratzahlen kennst du, die in der Nähe von 40 liegen? - Wie hängen die Seitenlänge eines Quadrats und sein Flächeninhalt zusammen? - Wenn eine positive Zahl quadriert 40 ergibt, was passiert dann, wenn man die Gegenzahl quadriert?

Lösung

1. Identifikation der umgebenden Quadratzahlen: \(6^2 = 36\) und \(7^2 = 49\). Da \(36 < 40 < 49\) gilt, muss die positive Lösung \(\sqrt{40}\) zwischen den natürlichen Zahlen 6 und 7 liegen. 2. Berechnung der Näherungswerte mit dem Taschenrechner: \(\sqrt{40} \approx 6{,}32455\ldots\). Rundung auf zwei Stellen ergibt \(x_1 \approx 6{,}32\). 3. Berücksichtigung der negativen Lösung aufgrund der Symmetrie der Quadratfunktion: \(x_2 \approx -6{,}32\).

Antwort

a) Die positive Lösung liegt zwischen 6 und 7, da \(6^2 = 36\) und \(7^2 = 49\). b) \(x \approx \pm 6{,}32\)
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Bestimme ohne Verwendung eines Taschenrechners zwei aufeinanderfolgende natürliche Zahlen \(n\) und \(n+1\), zwischen denen der Wert des folgenden Ausdrucks liegt: \[ T = \sqrt{40 + \sqrt{125}} \] Zeige deine einzelnen Überlegungsschritte auf.

Denkanstöße

- Beginne mit der innersten Wurzel. Zwischen welchen Quadratzahlen liegt diese? - Nutze diese Grenzen, um den gesamten Wert unter der großen Wurzel abzuschätzen. - Welche Quadratzahlen liegen in der Nähe des so ermittelten Ergebnisses?

Lösung

1. Innere Wurzel abschätzen: \(\sqrt{125}\). Da \(11^2 = 121\) und \(12^2 = 144\), gilt \(11 < \sqrt{125} < 12\). 2. Den Ausdruck unter der äußeren Wurzel eingrenzen: Addiere \(40\) zu den Grenzen. Es gilt \(40 + 11 < 40 + \sqrt{125} < 40 + 12\), also \(51 < 40 + \sqrt{125} < 52\). 3. Äußere Wurzel abschätzen: Wir suchen \(n\), sodass \(n^2 < T^2 < (n+1)^2\). Hier ist \(T^2 = 40 + \sqrt{125}\). 4. Da \(51 < T^2 < 52\), suchen wir Quadratzahlen um \(51\) und \(52\). 5. Es gilt \(7^2 = 49\) und \(8^2 = 64\). 6. Da \(49 < 51 < T^2 < 52 < 64\), folgt durch Wurzelziehen: \(7 < T < 8\).

Antwort

Der Wert des Ausdrucks \(T\) liegt zwischen den natürlichen Zahlen \(7\) und \(8\).
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Ein quadratisches Grundstück hat einen Flächeninhalt von \(18\,\text{m}^2\). Die Seitenlänge \(s = \sqrt{18}\) soll bestimmt werden. a) Zwischen welchen zwei aufeinanderfolgenden ganzen Zahlen liegt die Seitenlänge \(s\)? b) Bestimme die erste Nachkommastelle von \(s\) mithilfe der Intervallschachtelung. Untersuche dazu die Quadrate der Zahlen \(4{,}1\); \(4{,}2\) und \(4{,}3\). c) Begründe kurz, warum dieses Verfahren niemals zu einem Ende kommt, wenn man versucht, \(\sqrt{18}\) als exakten Dezimalbruch zu schreiben.

Denkanstöße

- Welche Quadratzahlen kennst du, die in der Nähe von 18 liegen? - Wie verändert sich das Quadrat einer Zahl, wenn du die Zahl in kleinen Schritten vergrößerst? - Erinnere dich an den Unterschied zwischen rationalen und irrationalen Zahlen.

Lösung

1. Eingrenzung durch Quadratzahlen: \(4^2 = 16\) und \(5^2 = 25\). Da \(16 < 18 < 25\), gilt \(4 < s < 5\). 2. Berechnung der Quadrate für die erste Nachkommastelle: \(4{,}1^2 = 16{,}81\); \(4{,}2^2 = 17{,}64\); \(4{,}3^2 = 18{,}49\). 3. Bestimmung des Intervalls: Da \(17{,}64 < 18 < 18{,}49\), liegt \(s\) im Intervall \([4{,}2; 4{,}3]\). Die erste Nachkommastelle ist somit eine 2. 4. Begründung zur Irrationalität: Da 18 keine Quadratzahl einer rationalen Zahl ist, ist \(\sqrt{18}\) eine irrationale Zahl. Ihre Dezimaldarstellung ist unendlich und nicht periodisch.

Antwort

a) Die Seitenlänge liegt zwischen \(4\,\text{m}\) und \(5\,\text{m}\). b) Die erste Nachkommastelle ist 2, da \(4{,}2^2 = 17{,}64\) und \(4{,}3^2 = 18{,}49\). Somit gilt \(4{,}2 < \sqrt{18} < 4{,}3\). c) Da 18 keine Quadratzahl ist, ist \(\sqrt{18}\) irrational. Die Dezimalbruchdarstellung bricht nie ab und ist nicht periodisch.

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