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Prüfungsteil 2 2023

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Hier findest du die Aufgaben aus dem Prüfungsteil 2 der ZP 10 Mathe 2023 für die gymnasiale Differenzierung mit ausführlichen Musterlösungen.

  1. 1

    Aufgabe 1: Herzlich willkommen

    Abbildung: geometrische Form eines Herzens

    Abbildung: geometrische Form eines Herzens

    Eine Firma produziert herzförmige Dekoanhänger aus Metall. Jedes Herz besteht aus einem Quadrat mit der Kantenlänge 6 cm6 \mathrm{~cm}, an das zwei Halbkreise mit einem Radius von jeweils 3 cm3 \mathrm{~cm} angesetzt sind (Abbildung).

    1. Zeichne ein Herz in Originalgröße in dein Heft. (3 P)

    2. Die Herzen werden aus dünnen Metallblechen hergestellt. 1dm21 \mathrm{dm}^{2} des Metallblechs wiegt 117 g117 \mathrm{~g}.

      Berechne das Gewicht eines Herzens. (3 P)

    3. Skizze zur Berechnung der Breite  und der Höhe

      Skizze zur Berechnung der Breite bb und der Höhe hh

      Um die Breite bb und die Höhe hh eines Herzens zu bestimmen, wird eine Skizze angefertigt. Hier gilt: Die Strecke AB\overline{A B} entspricht der Breite b. ABb . ~\overline{A B} geht durch die Mittelpunkte M1M_{1} und M2M_{2} der angesetzten Halbkreise.

      Berechne die Breite bb eines Herzens. (3 P)

    4. Mithilfe der Abbildung in (c) kann die Höhe hh der Herzen berechnet werden.

      (1) Berechne die Länge der Strecke DE\overline{D E}. (3 P)

      (2) Begründe, dass für die Höhe hh der Herzen gilt: h=DE+3h=|D E|+3. (1 P)

    5. Die Herzen werden in den Farben rot und weiß produziert und farblich gemischt in Kartons verpackt. Beim Fabrikverkauf werden die Herzen angeboten. Die Kunden dürfen ohne hinzusehen nacheinander zwei Herzen aus dem Karton ziehen. Zu diesem Zufallsversuch gehört das folgende Baumdiagramm.

      Bild

      In einem Karton sind 15 Herzen rot, die restlichen Herzen sind weiß.

      Begründe, dass sich in dem Karton insgesamt 20 Herzen befinden. (2 P)

    6. Gesucht ist die Wahrscheinlichkeit, dass zwei verschiedenfarbige Herzen gezogen werden.

      (1) Ergänze im Baumdiagramm die dafür notwendigen Wahrscheinlichkeiten. (2 P)

      (2) Berechne die gesuchte Wahrscheinlichkeit. (2 P)

  2. 2

    Aufgabe 2: Varroa-Milbe

    Abbildung 1: Varroa-Milbe (vergrößert) Quelle: https://www.mikroskopieforum.de/index.php?topic=16864.0 (verändert)

    Abbildung 1: Varroa-Milbe (vergrößert) Quelle: https://www.mikroskopieforum.de/index.php?topic=16864.0 (verändert)

    Die Varroa-Milbe ist ein Schädling, der in jedem Bienenvolk lebt. Die Schülerinnen und Schüler der Bienen-AG untersuchen die Milbe mit einem Mikroskop.

    1. Berechne die Länge und Breite der Milbe durch Messen der Pfeillängen und Anwenden des Maßstabs (Abbildung 1). (3 P)

    2. Im Frühjahr ermitteln sie die Anzahl der Milben im Bienenvolk.

      Im Internet finden sie die Faustregel, dass sich die Anzahl der Milben alle vier Wochen etwa verdoppelt. Sie kalkulieren die voraussichtliche Anzahl der Milben für die kommenden vier und acht Wochen. Die Werte halten sie in einer Tabelle fest.

      Bild

      Ergänze die fehlenden Werte in der Tabelle. (2 P)

    3. Um die Entwicklung der Milben pro Woche vorauszusagen, beschreiben sie die Anzahl der Milben mit der folgenden Exponentialfunktion ff :

      f(x)=3081,19xx ist die Zeit in Wochen, x=0 ist der Beobachtungsbeginn  f(x)=308 \cdot 1{,}19^{x} \quad x \text { ist die Zeit in Wochen, } x=0 \text { ist der Beobachtungsbeginn }

      Gib die Bedeutung der Werte 308 und 1,19 im Zusammenhang an. (2 P)

    4. Bestätige mithilfe der Funktionsgleichung, dass nach 12 Wochen ca. 2500 Milben vorhanden sind. (3 P)

    5. Bei einer Anzahl von ca. 10000 Milben würde das Bienenvolk so großen Schaden nehmen, dass es nicht überleben kann.

      Bestimme, nach wie vielen Wochen die Anzahl von 10000 Milben überschritten wird. (3 P)

    6. Damit das Bienenvolk überlebt, wird nach 12 Wochen Ameisensäure eingesetzt. Dadurch wird die Anzahl von ca. 2500 Milben einmalig um 90%90 \% reduziert.

      Weise nach, dass durch die Behandlung mit der Ameisensäure die Anzahl von 10000 Milben 21 Wochen nach Beobachtungsbeginn nicht überschritten wird. (3 P)

  3. 3

    Aufgabe 3: Zahlenpaare

    Merle hat Spaß an Zahlen und ist immer auf der Suche nach Tricks, um den Rechenaufwand einer Aufgabe zu verringern. Bei der Addition der Zahlen von 1 bis 10 bemerkt sie:

    „Die beiden Zahlen 1 und 10 ergeben zusammen 11, ebenso wie die beiden Zahlen 2 und 9, die Zahlen 3 und 8 usw. Da ich so fünf Zahlenpaare jeweils mit dem Wert 11 bilden kann, muss ich nur 5115 \cdot 11 rechnen und erhalte das Ergebnis 55.“ (Abbildung 1)

    Abbildung 1: Rechentrick für die Addition der Zahlen von 1 bis 10

    Abbildung 1: Rechentrick für die Addition der Zahlen von 1 bis 10

    Merle verwendet den Trick für aufwendigere Additionen. Damit die Rechnungen übersichtlich bleiben, ersetzt sie fehlende Summanden durch Pünktchen. In Abbildung 2 ist Merles Berechnung für die Summe der Zahlen von 1 bis 30 dargestellt.

    Abbildung 2: Addition der Zahlen von 1 bis 30

    Abbildung 2: Addition der Zahlen von 1 bis 30

    1. Begründe, dass in den Kästchen die Zahlen 15 bzw. 31 stehen müssen. (2 P)

    2. Merle findet einen allgemeinen Term, um die Summe der Zahlen von 1 bis nn zu berechnen.

      Sie notiert 12n(n+1)\frac{1}{2} n \cdot(n+1).

      (1) Berechne mit dem Term den Wert der Summe für n=40n=40. (2 P)

      (2) Erläutere die Bedeutung der Faktoren 12n\frac{1}{2} n und (n+1)(n+1) im Zusammenhang mit dem Rechentrick. (2 P)

    3. Merles Freund Silas nutzt ebenfalls den Term und notiert dafür 2448=115224 \cdot 48=1152.

      Begründe, warum diese Rechnung nicht zu dem Rechentrick passen kann. (2 P)

    4. Merle formt den Term um und erhält 12n2+12n\frac{1}{2} n^{2}+\frac{1}{2} n.

      Berechne den Wert der Summe für n=100n=100 mit diesem vereinfachten Term. (2 P)

    5. (1) Berechne die beiden Lösungen der Gleichung 12n2+12n=2080\frac{1}{2} n^{2}+\frac{1}{2} n=2080. (4 P)

      (2) Erkläre, warum nur eine Lösung für den Kontext sinnvoll ist. (2 P)

    6. „Bei meinem Rechentrick muss man die Summanden paarweise zusammenfassen. Daher nehme ich an, dass meine Formel für ungerade Zahlen nicht gilt“, meint Merle.

      Silas hat eine Idee: „Wenn uu eine ungerade Zahl ist, dann ist u1u-1 eine gerade Zahl. Für gerade Zahlen kann ich Merles Formel nutzen und anschließend die fehlende Zahl addieren.“

      Zeige mit Silas Idee, dass für ungerade Zahlen der Term12(u1)u+u\operatorname{Term} \frac{1}{2}(u-1) \cdot u+u gilt. (3 P)


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