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Mittwoch, 31. Mai 2023

Falsche Freunde Teil 1

Thema: mathematische Formeln

Spezialfall der binomischen Formeln

Eine im Allgemeinen nicht gültige Version der ersten binomischen Formel sehe ich, so wie wahrscheinlich viele andere in meinem Beruf mit demselben Unterrichtsfach, leider immer wieder:

(a + b)^2 =  a^2 + b^2

Falls jedoch a = b = 0 gilt, ist das Ergebnis dieser falschen Umformung tatsächlich richtig.

Mediante

Ein beliebter Fehler bei der Addition von Brüchen, ist, die beiden Zähler und Nenner zu addieren:

\frac{a}{b} + \frac{c}{d} = \frac{a+c}{b+d}

Das ist zwar nicht der richtige Bruch, aber immerhin die sogenannte Mediante (Mittelzahl). Dieser Bruch liegt stets zwischen den beiden anderen und man erhält ihn, indem man jeweils die beiden Zähler bzw. Nenner addiert und zum neuen Zähler bzw. Nenner des Bruchs macht. Allerdings wird fälschlicherweise oft davon ausgegangen, dass die so entstandene Zahl exakt in der Mitte zwischen den beiden anderen Brüchen liegt. Dieser Irrglaube lässt sich jedoch schnell entkräften: So liegt beispielsweise die Mediante der beiden Brüche \frac{1}{2} und \frac{1}{8} näher beim zweiten Bruch.*

Dreiecksfläche

Eine falsche Formel für die Fläche des allgemeinen Dreiecks, die ich bei meinen Lernenden hin und wieder sehe, ist diese hier: abc = A. Die Fläche können wir mit dem Produkt der drei Seiten zwar nicht berechnen, aber es gibt tatsächlich einen recht ähnliche Formel: abc=4rA

Um zu verstehen, wie man darauf kommt, zeichnen wir ein Dreieck ABC mit den Seiten a = BC, b = AC und c = AB, den dazugehörenden Umkreis mit Durchmesser d = AD und die Höhe h = AH auf a, wobei D der auf dem Kreis liegende Punkt gegenüber von A und H der Höhenfußpunkt auf a ist:

Veranschaulichung der Herleitung (Bildquelle: eigene Darstellung mit GeoGebra)

Die Winkel \gamma_1 = \angle AHC und \(\gamma_2 = \angle ABD\) sind beide 90 Grad groß, weil die Höhe h =AH normal auf BC steht und der zweite Winkel aufgrund des Satzes von Thales rechtwinklig ist. Da die beiden Punkte C und D über der KreissehneAB liegen, sind die beiden Winkel \beta_1 = \angle ACH und \beta_2 = \angle ADB aufgrund des Peripheriewinkelsatzes ebenfalls gleich groß. Also sind auch die beiden Winkel \alpha_1 = \angle CAH und \alpha_2 = \angle BAD gleich groß und die Dreiecke ACH und ABD zueinander ähnlich. Daher gilt auch AB \sim AH, AD \sim AC und BD \sim CH und wir können das folgende Verhältnis aufstellen:

\frac{AB}{AD} = \frac{AH}{AC} \Rightarrow \frac{AB}{2r} = \frac{AH}{AC} \Rightarrow 2r \cdot AH = AB \cdot AC

Wir wissen, dass die richtige Formel für den Flächeninhalt wie folgt lautet: A = \frac{a\cdot h}{2}.

abc = a \cdot 2r \cdot AH = 2r \cdot a \cdot h = 2r \cdot 2A = 4rA

Johannes C. Huber (wartet gespannt auf neue falsche Formeln bei Hausübungen und Schularbeiten)

* Wer es genau wissen möchte: Die Brüche als Dezimalzahlen haben die Werte \frac{1}{2} = 0,5, \frac{1}{8} = 0,125 und \frac{1+1}{2+8} = \frac{2}{10} = 0,2. Die Längen der beiden Abstände zu Mediante sind |0,5 - 0,2| = 0,3 und |0,125 - 0,2| = 0,075.

Quellen: