Glossar

Arabische Zahlen
Arithmetische Folge
Dodekaeder
Faktor
Fibonacci-Zahlen
Figurierte Zahlen
Formel
Fraktal
Geometrische Folge
Goldener Schnitt
Hagelschlagzahlen
Ganzen Zahlen
Irrationale Zahlen
Pascalsches Dreieck
Perfekte Zahlen
Pi
Vieleck (Polygon)
Potenzen
Primzahl
Beweis
Rationale Zahlen
Längentreue Abbildung
Römische Zahlen
Folge
Konvergenz
Divergenz
Funktionsvorschrift
Rekursion
Folgenglieder
Das Sieb des Eratosthenes
Quadratzahlen
Tetraederzahlen
Tetraeder
Dreieckszahlen
Primzahlzwillinge
Variable

Wähle eines der Schlüsselwörter auf der linken Seite…

Folgen und MusterEinführung

Lesezeit: ~25 min

Viele Berufe, die Mathematik anwenden, interessiert vor allem eines - Muster zu finden und die Zukunft voraussagen zu können. Hier sind zwei Beispiele:

Volcano

Geologen auf der ganzen Welt wollen Erdbeben und Vulkanausbrüche vorhersagen. Dazu können sie historische Daten von Seismographen, der Atmosphäre oder sogar dem Verhalten von Tieren verwenden und versuchen, aus diesen Muster herauszulesen. Ein Erdbeben kann zum Beispiel spätere Nachbeben auslösen.

Stock Market Charts

Banker schauen sich auch historische Daten zu Aktienkursen, Zinssätzen und Wechselkursen an, um abzuschätzen, wie sich die Finanzmärkte in Zukunft entwickeln könnten. Vorhersagen zu können, ob der Wert einer Aktie steigen oder fallen wird, kann äußerst lukrativ sein!

Professionelle Mathematiker verwenden hochkomplexe Algorithmen, um all diese Muster zu finden und zu analysieren, aber wir wollen erst einmal mit etwas viel Einfacherem beginnen.

Einfache Folgen

In der Mathematik ist eine Folge

eine Aneinanderreihung von Zahlen (oder anderen Objekten), die normalerweise nach einem bestimmten Muster angeordnet sind. Die einzelnen Elemente einer Folge werden Glieder genannt.

Hier sind ein paar Beispiele für Folgen. Kannst du ihre Muster finden und die beiden nächsten Glieder berechnen?

3, 6 +3, 9 , 12 , 15 , , … Pattern: “Addiere 3 zur vorherigen Zahl, um die nächste zu erhalten.”

4, 10 , 16 , 22 , 28 , , , … Pattern: “Addiere 6 zur vorherigen Zahl, um die nächste zu erhalten.”

3, 4 , 7 , 8 , 11 , , , … Pattern: “Addiere abwechselnd 1 und 3 zur vorherigen Zahl, um die nächste Zahl zu erhalten.”

1, 2 , 4 , 8 , 16 , , , … Pattern: “Multipliziere die vorherige Zahl mit 2, um die nächste Zahl zu erhalten.”

Die Punkte (...) am Ende bedeuten einfach, dass die Folge ewig weitergehen kann. Wenn wir uns in der Mathematik auf solche Folgen beziehen, stellen wir oft jedes Glied durch eine bestimmte Variable

dar:

x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, …

Die kleine Zahl nach dem x wird als Index bezeichnet und gibt die Position des Gliedes in der Folge an. Das bedeutet, dass wir das n-te Glied der Folge darstellen können durch ???

.

Dreiecks- und Quadratzahlen

Folgen in der Mathematik müssen nicht immer aus Zahlen bestehen. Hier ist eine Folge, die aus geometrischen Formen besteht - immer größer werdende Dreiecke:

1

triangle-1

3

triangle-2

6

triangle-3

triangle-4

triangle-5

triangle-6

Bei jedem Schritt fügen wir eine weitere Reihe zum vorherigen Dreieck hinzu. Auch die Länge dieser neuen Reihen nimmt jedes Mal um eins zu. Kannst du das Muster erkennen?

1, 3 +2, 6 +3, 10 +4, 15 +5, 21 +6 +7, +8, …

Wir können dieses Muster auch mit einer speziellen Formel

beschreiben:

xn = xn1 + n

Um die n-te Dreieckszahl zu erhalten, nehmen wir die ???

Dreieckszahl und addieren n. Wenn zum Beispiel n = 
5
ist, lautet die Formel x5=x4+5.

Eine Formel, die xn als Funktion der vorherigen Glieder der Folge ausdrückt, wird als rekursive Formel

bezeichnet. Solange du das ??? Glied der Folge kennst, kannst du damit alle folgenden Glieder berechnen.


Eine weitere Folge, die aus geometrischen Formen besteht, sind die Quadratzahlen. Jedes Glied wird aus immer größeren Quadraten gebildet:

1

square-1

4

square-2

9

square-3

square-4

square-5

square-6

Für die Dreieckszahlen haben wir eine rekursive Formel gefunden, die dir das nächste Glied der Folge in Abhängigkeit von den vorhergehenden Gliedern liefert. Für die Quadratzahlen gibt es sogar noch eine bessere Lösung: eine Formel, die dir direkt das n-te Glied der Folge angibt, ohne dass du erst alle vorherigen Glieder berechnen musst:

xn =

+
×
÷

Das nennt man eine explizite Formel

. Mit ihr können wir zum Beispiel ausrechnen, dass die 13. Quadratzahl ist, ohne dass wir die vorherigen 12 Quadratzahlen herausfinden müssen.


Fassen wir alle Definitionen zusammen, die wir bis jetzt kennengelernt haben:

Eine Folge

ist eine Liste von Zahlen, geometrischen Formen oder anderen Objekten, die einem bestimmten Muster folgen. Die einzelnen Elemente der Folge werden Glieder genannt und durch Variablen wie xn dargestellt.

Eine rekursive Formel

für eine Folge sagt dir den Wert des n-ten Gliedes in Abhängigkeit von ???. Du musst auch das/die erste(n) Glied(er) angeben.

Eine explizite Formel

für eine Folge sagt dir den Wert des n-ten Gliedes als Funktion von ???, ohne sich auf andere Glieder der Folge zu beziehen.

Action-Serienbilder

In den folgenden Abschnitten lernst du viele verschiedene mathematische Folgen, überraschende Muster und unerwartete Anwendungen kennen.

Aber schauen wir uns zunächst etwas ganz anderes aus dem Bereich der Fotografie an: Action-Serienbilder. Ein Fotograf macht schnell hintereinander viele Aufnahmen und fügt sie dann zu einem einzigen Bild zusammen:

Skiing Jump

Kannst du erkennen, wie der Skifahrer eine Folge bildet? Das Muster beruht auf keiner Addition oder Multiplikation, sondern einer geometrischen Transformation

. Zwischen den aufeinanderfolgenden Aufnahmen wird der Skifahrer sowohl verschoben als auch ???.

Hier sind noch ein paar weitere Beispiele von Action-Serienbildern, die dir gefallen werden:

Jumping Volleyball Player
© Ray Demski
Wind Surfing
© Ray Demski
Snowboard Jump
© Marcio Abe
Mountain Bike Jump
© Jason Halayko
Mountain Bike Jump
© Jason Halayko
Kite Surfing
Archie