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Kri­te­ri­en für Ex­trem- und Wen­de­stel­len

In­fo­box

Diese Seite ist Teil einer Ma­te­ria­li­en­samm­lung zum Bil­dungs­plan 2004: Grund­la­gen der Kom­pe­tenz­ori­en­tie­rung. Bitte be­ach­ten Sie, dass der Bil­dungs­plan fort­ge­schrie­ben wurde.

1) Der Nach­weis von Ex­trem­stel­len ge­schieht nicht mit­tels der De­fi­ni­ti­on, son­dern mit Hilfe an­de­rer Kri­te­ri­en. Da­durch gerät der In­halt der De­fi­ni­ti­on aus dem Blick und der Schü­ler läuft Ge­fahr, eines der Kri­te­ri­en mit der De­fi­ni­ti­on gleich­zu­set­zen.
(Bsp. Für f(x) = x 4 – 4x 3 + 6x 2 - 4x gilt: f´(1) = 0 und f´´(1) = 0. Fal­sche Schü­ler­fol­ge­rung: f hat bei x = 1 keine Ex­trem­stel­le.)
Die­ses Bei­spiel kann auch so in­ter­pre­tiert wer­den, dass der Schü­ler nicht die lo­gi­sche Ord­nung der Kri­te­ri­en er­kennt. Das heißt, wenn das zwei­te Kri­te­ri­um nicht greift, könn­te immer noch das erste Kri­te­ri­um grei­fen.

2) Die Schü­ler haben zum Be­griff „Mi­ni­mum“ eine an­schau­li­che Grund­vor­stel­lung, die dem obi­gen Bei­spiel A ent­spricht. Soll man diese Grund­vor­stel­lung er­schüt­tern? Es kann nicht scha­den bei der De­fi­ni­ti­on dar­auf hin­zu­wei­sen und die Sache dann nicht wei­ter zu ver­fol­gen, da diese Grund­vor­stel­lung für dif­fe­ren­zier­ba­re Funk­tio­nen im Gro­ßen und Gan­zen rich­tig ist (Aus­nah­me wäre evtl. die oben an­ge­ge­be­ne os­zil­lie­ren­de Funk­ti­on, aber diese würde einen Schü­ler im All­ge­mei­nen eher ver­wir­ren)

3) Es würde wohl man mehr Klar­heit schaf­fen, wenn man kon­se­quent mit Aus­sa­gen in „wenn  -  dann“-Form und den ty­pi­schen Ge­gen­bei­spie­len ar­bei­ten würde.
Oft wer­den (wohl aus his­to­ri­schen Grün­den) die Be­grif­fe not­wen­dig und hin­rei­chend ver­wen­det. Diese Be­grif­fe sind für Schü­ler schwer zu hand­ha­ben – nicht zu­letzt des­halb, weil man für den­sel­ben Sach­ver­halt beide Aus­drü­cke ver­wen­den kann.
Zum Bei­spiel sagen Schü­ler, auf die Auf­for­de­rung, den Satz
„Wenn x0 eine Ex­trem­stel­le von f ist, dann gilt f´(x 0 ) = 0„
mit den Be­grif­fen not­wen­dig und hin­rei­chend zu for­mu­lie­ren:
„f´(x 0 ) ist eine not­wen­di­ge Be­din­gung für eine Ex­trem­stel­le x 0 von f “,
aber auch
„Eine Ex­trem­stel­le x 0 von f ist eine hin­rei­chen­de Be­din­gung für f´(x 0 ) = 0“.
Beide For­mu­lie­run­gen sind rich­tig!

4) Eine hohe An­for­de­rung wäre, bei den (immer an­schau­li­chen!) Her­lei­tun­gen und Be­grün­dun­gen die Be­weis­mit­tel mit­tels den Pla­ka­ten an­ge­ben zu las­sen.

Das könn­te zum Bei­spiel beim ers­ten Kri­te­ri­um so aus­se­hen: ( Be­weis­mit­tel un­ter­stri­chen )
VZW von f´ bei x 0 De­fi­ni­ti­on von VZW
→  f(x)´ < 0 (f(x)´ > 0 ) in einem In­ter­vall links (rechts) von x 0   Mo­no­to­nie­satz
→ f links (rechts) von x 0 streng mo­no­ton fal­lend (stei­gend)  Def. der Mo­no­to­nie
→ f(x 0 ) < f(x)  für x aus den In­ter­val­len  Def. von Mi­ni­mum­stel­le
→ x 0 ist Mi­ni­mum­stel­le.

Zum Bei­spiel beim zwei­ten Kri­te­ri­um:
f´(x 0 ) = 0 und  f´´(x 0 ) > 0 
→ VZW bei x 0 Satz: Kri­te­ri­um VZW
→ (wei­ter wie oben) (an­schau­lich)

5) Bei den Kri­te­ri­en zu Wen­de­stel­len wird wie oben schon be­grün­det mit der Ar­gu­men­ta­ti­on „Ex­trem­stel­len von f´ ent­spre­chen Wen­de­stel­len von f´´“ ge­ar­bei­tet.