Geometrie mit Matrizen - Ein Weg zur Mathematik mit linearen und affinen Abbildungen
Matrizen sind in vielen mathematischen Teilgebieten sehr präsent und die schulische Ausbildung in der Matrizenrechnung des Wahlpflichtgebiets A1 "Vektoren und Matrizen" dient somit der Vorbereitung auf naturwissenschaftliche Ausbildungs- und Studiengänge. Neben Produktionsmatrizen und stochastischen Matrizen besteht in der Schule die Möglichkeit, die ebene Geometrie der Mittelstufe mit einer Matrizenalgebra linearer und affiner Abbildungen zu vertiefen und auf den Raum zu erweitern. Zusätzlich zum Regelwerk der Matrizenrechnung können besondere Charakteristika der Spaltenvektoren, Determinanten und Eigenvektoren anschaulich vermittelt werden. Der Unterrichtsgegenstand eignet sich, um verschiedene Beweistechniken verständlich zu thematisieren.
Die algebraische Betrachtung unterstützt und erweitert das Konstruieren mit Zirkel und Lineal durch eine rechnerische Komponente. Die zusätzlichen Analysetechniken erinnern an die Struktur der Kurvendiskussion. Drehung, Spiegelung und zentrische Streckung nehmen die zentrale Stellung zum Verständnis der theoretischen Gesetzmäßigkeiten ein und bereiten auf eine Betrachtung der durch Fixgeraden charakterisierten Abbildungen wie Achsenaffinität oder Euler'sche Affinität vor. Es ist aber nicht erforderlich, alle Abbildungstypen zu thematisieren, um das Konzept gewinnbringend in einen Leistungskurs zu integrieren. Die bekannten Abbildungstypen der Mittelstufe bieten bereits genügend Vielfalt und gedankliche Tiefe zur Formulierung von Abituraufgaben.
Das vorgestellte Material gliedert sich in Theorie und Praxis. Das theoretische Fundament liefert notwendige Definitionen, Sätze und Verfahren. Die Aufgabensammlung führt über Einstiegsaufgaben bis hin zu Abiturprüfungen. Die Veranstaltung richtet sich an alle Lehrpersonen, die sich für das Wahlpflichtgebiet A1 interessieren oder dieses bereits unterrichtet haben. Vorerfahrungen sind nicht notwendig.
Zielgruppen
Lehrerinnen und Lehrer
Schularten
Gymnasium Integrierte Gesamtschule
Schwerpunkt
Lehrpläne und Bildungsstandards in den Fächern, Kompetenzorientierung