Das Jahr der Mathematik - Wissenschaftsjahr 2008 Mathematik für's Leben

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Mathematik für's Leben

Fast jeder Mensch kann mehr Mathe, als er denkt! In unzähligen Alltagshandlungen steckt Mathematik. Und jeden Tag nutzen Menschen mathematische Methoden, oft ohne dass sie sich dessen bewusst sind. Hier sind ein paar Beispiele.

Der optimale Sprung

???aural:Bildanfang???Skateboarder springt von einer Mauer, eingezeichnete Linien verdeutlichen den dahinter stehenden mathematischen Vorgang???Großansicht des Bildes???Die Mathematik beim Skaten. Bundesministerium für Bildung und Forschung???aural:Bildende???

Der Sprung eines Skaters entspricht in etwa einer Parabel: Er geht erst aufwärts und dann abwärts. Wie eine Parabel lässt sich auch die Flugbahn des Skaters mathematisch beschreiben. Wenn man die Höhe als Funktion in der Zeit F(t) auffasst, dann ist die Ableitung erst positiv (es geht aufwärts), dann null (am höchsten Punkt) und dann negativ - länger als sie positiv war. Der Höhenunterschied zwischen Absprung und Aufkommen ist das Integral der Steigung: Das ist der Hauptsatz der Differenzial- und Integralrechnung!

Der mathematische Schulterblick

???aural:Bildanfang???Ein Auto beim Rückwärts einparken, eingezeichnete Linien verdeutlichen den dahinter stehenden mathematischen Vorgang???Großansicht des Bildes???Die Mathematik beim Einparken Bundesministerium für Bildung und Forschung???aural:Bildende???

Einparken kann kompliziert sein - insbesondere wenn die Parklücke kurz ist und das Auto nicht besonders wendig. Wir lösen da ganz intuitiv recht komplizierte Bewegungsplanungsprobleme, die sich auch mathematisch beschreiben lassen. Die Mathematik sagt uns zum Beispiel, dass zu Beginn des Parkvorgangs der seitliche Abstand zu dem Fahrzeug, das vor der Parklücke steht, möglichst klein sein sollte. Um optimal einparken zu können, sollte der Winkel beim Einparkmanöver kleiner sein als der in Fahrschulen viel zitierte 45-Grad-Winkel des Achtelkreises. Und falls ein Bordcomputer fürs Einparken benutzt wird, greift auch dieser auf eine mathematische Berechnung des Vorgangs zurück.

Das Knotenproblem

???aural:Bildanfang???Mann bindet sich seine Krawatte, eingezeichnete Linien verdeutlichen den dahinter stehenden mathematischen Vorgang???Großansicht des Bildes???Die Mathematik beim Krawattenbinden Bundesministerium für Bildung und Forschung???aural:Bildende???

Krawattenknoten kann man mathematisch klassifizieren und untersuchen. Dabei kommt heraus, dass es genau 85 verschiedene modisch vertretbare Krawattenknoten gibt. Mit Mathematik lässt sich das Knotenknüpfen sogar in exakte Formeln fassen: So beinhaltet die Formel im Postermotiv die mathematische Anleitung für den "einfachen" Krawattenknoten, den "Four-in-Hand". Dabei steht "L" für links, "R" für rechts, "C" für mittig, "Kreis mit Punkt" für "nach vorne" und "Kreis mit Kreuz" für "nach hinten".

Die Parabelgleichung

???aural:Bildanfang???Anzeigenmotiv zum Jahr der Mathematik: Klassenzimmer???Großansicht des Bildes???Die Mathematik im Klassenzimmer Bundesministerium für Bildung und Forschung???aural:Bildende???

Auch wenn Blasrohre eigentlich ja gar nicht ins Klassenzimmer gehören: Ihr Gebrauch ist Mathematik pur. Die Flugbahn des Kügelchens beschreibt so ungefähr eine Parabel. Es ist zwar nicht im Sinne des Unterrichts, doch in der Schule lernt man, ihre Flugbahn zu berechnen: indem man die Parabelgleichung aufstellt. In einem geeigneten Koordinatensystem ist der konstante Term c=0, und die Steigung b kann man am Blasrohr ablesen - und die Krümmung a der Parabel hängt von der Erdbeschleunigung g ab. Mit genug Übung trifft aber man auch ohne Berechnung.

Datenspeicherung

???aural:Bildanfang???Anzeigenmotiv zum Jahr der Mathematik: Mädchen hört Musik über einen MP3-Player???Großansicht des Bildes???Die Mathematik im MP3-Player Bundesministerium für Bildung und Forschung???aural:Bildende???

Die Festplatte eines modernen MP3-Players enthält gewaltige Mengen an Daten: nämlich Musik! Das ist nur durch sehr effektive mathematische Speicherung der Daten möglich - die MP3-Kompression. Dabei werden insbesondere Wiederholungen effektiv verschlüsselt – wie auf dem Bild angedeutet, wobei der Code 255 (die größte Zahl, die mit acht Ziffern im Binärsystem dargestellt werden kann) "Achtung: Jetzt kommt eine Wiederholung" signalisiert. Mathematik (Kodierungstheorie) macht den Musikgenuss erst möglich: in diesem Fall mathematisches High-Tech aus Deutschland (– aus dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) in Erlangen).


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