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M5 M - Das Koordinatensystem

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M5 M - Das Koordinatensystem




Einleitung

M5 M - Das Koordinatensystem ist ein aiMOOC für die Klasse 5 auf M-Niveau. Du lernst, wie Du Punkte in ein geeignetes Koordinatensystem einträgst, Koordinaten sicher abliest und mit Koordinaten geometrische Figuren beschreibst. Statt Mathematik nur als Fließtext zu lesen, arbeitest Du mit Rastern, Punktfolgen, Schatzkarten, Pixelbildern, dynamischen GeoGebra-Modellen, Erklärvideos und vielen Darstellungen mit der MediaWiki Math Extension.

Ein zweidimensionales kartesisches Koordinatensystem besteht aus zwei senkrecht zueinander stehenden Achsen. Die waagerechte Achse heißt x-Achse, die senkrechte Achse heißt y-Achse. Ihr Schnittpunkt ist der Ursprung O(00). Ein Punkt wird durch ein geordnetes Zahlenpaar beschrieben, zum Beispiel P(43).

Kartesisches Koordinatensystem mit x- und y-Achse
Kartesisches Koordinatensystem mit x- und y-Achse


Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du:

  1. Koordinatensystem: die x-Achse, die y-Achse, den Ursprung und die Einteilung erklären.
  2. Koordinaten: Koordinaten von Punkten sicher ablesen und in der Form P(xy) notieren.
  3. Punkt: vorgegebene Punkte passend in ein Koordinatensystem eintragen.
  4. Geometrische Figur: Figuren durch ihre Eckpunkte beschreiben und aus Koordinaten zeichnen.
  5. Verschiebung: einfache Bewegungen nach rechts, links, oben und unten an Koordinaten erkennen.
  6. Pixelbild: aus Koordinaten Punktbilder, Rasterbilder und kleine geometrische Motive erzeugen.


Grundwissen zum Koordinatensystem


Die Bauteile auf einen Blick

Bauteil Mathematische Schreibweise Bedeutung
Ursprung O(00) Schnittpunkt der beiden Achsen
waagerechte Achse x-Achse Auf ihr liest Du die erste Koordinate ab.
senkrechte Achse y-Achse Auf ihr liest Du die zweite Koordinate ab.
Punkt P(xy) Ein Ort im Koordinatensystem
Einheit 1 Abstand zwischen zwei benachbarten Markierungen
Raster x=konstant und y=konstant Hilft Dir beim genauen Ablesen und Eintragen.

Merksatz: Bei P(xy) kommt zuerst x, dann y. Du kannst Dir merken: erst waagerecht, dann senkrecht.


Vom Zahlenstrahl zur Koordinatenebene

Eine Zahlengerade beschreibt nur eine Richtung. Ein Koordinatensystem kombiniert zwei Zahlengeraden, die sich rechtwinklig schneiden.

Schritt Vorstellung Mathematische Idee
1 Eine waagerechte Zahlengerade x=0,1,2,3,
2 Eine senkrechte Zahlengerade kommt hinzu. y=0,1,2,3,
3 Beide treffen sich im Ursprung. O(00)
4 Jeder Rasterpunkt erhält zwei Angaben. P(xy)
Ein Raster als Grundlage für ein Koordinatensystem
Ein Raster als Grundlage für ein Koordinatensystem


Koordinaten ablesen: erst x, dann y

Betrachte den Punkt A(43). Die erste Zahl sagt, wie weit Du waagerecht gehst. Die zweite Zahl sagt, wie weit Du senkrecht gehst.

Schritt Aktion Ergebnis
1 Starte im Ursprung. O(00)
2 Gehe 4 Einheiten nach rechts. x=4
3 Gehe 3 Einheiten nach oben. y=3
4 Markiere den Punkt. A(43)

Beispiele:

Punkt Erste Koordinate Zweite Koordinate Lage
B(25) x=2 y=5 2 nach rechts, 5 nach oben
C(71) x=7 y=1 7 nach rechts, 1 nach oben
D(04) x=0 y=4 direkt auf der y-Achse
E(60) x=6 y=0 direkt auf der x-Achse


Punkte eintragen: die sichere Vier-Schritt-Methode

Wenn P(62) gegeben ist, gehst Du so vor:

Schritt Was Du tust Kontrolle
1 Lies die erste Koordinate. x=6
2 Gehe vom Ursprung waagerecht bis 6. Position auf der x-Achse stimmt.
3 Gehe von dort senkrecht bis 2. Höhe y=2 stimmt.
4 Setze einen Punkt und beschrifte ihn mit P. P(62)


Dynamisches Punktelabor

Im dynamischen Koordinatensystem kannst Du Punkte verschieben und beobachten, wie sich ihre Koordinaten verändern. Achte besonders darauf, welche Bewegung nur x und welche Bewegung nur y verändert.

Bewegung des Punktes Veränderung Beispiel
nach rechts x wird größer (23)(53)
nach links x wird kleiner (64)(24)
nach oben y wird größer (41)(45)
nach unten y wird kleiner (76)(72)


Ein geeignetes Koordinatensystem wählen

Ein Koordinatensystem soll zu den Daten passen. Wenn alle Punkte Werte zwischen 0 und 10 besitzen, ist eine Achseneinteilung von 0 bis 10 mit Einerschritten meist übersichtlich. Für geometrische Figuren ist eine gleichmäßige Skalierung auf beiden Achsen besonders hilfreich, damit ein Quadrat auch wie ein Quadrat aussieht.

Situation Sinnvolle Wahl Warum?
Punkte bis 10 Achsen von 0 bis 10 Der Zeichenbereich wird gut genutzt.
nur gerade Koordinaten bis 20 Zweierschritte Das Raster bleibt übersichtlich.
kleine Figur mit Koordinaten bis 6 Achsen von 0 bis 7 Die Figur wird groß genug dargestellt.
Vergleich von Breite und Höhe gleiche Einheit auf beiden Achsen Längen lassen sich direkt vergleichen.


Lernen mit Schatzkarten

Schatzkarte als Motivation für Koordinaten
Schatzkarte als Motivation für Koordinaten

Eine Schatzkarte funktioniert wie ein Lageplan: Orte werden durch eindeutige Positionen beschrieben. Im Koordinatensystem kannst Du die Position als Zahlenpaar angeben.


Schatzinsel-Aufgabe

Stell Dir ein Koordinatensystem von 0 bis 10 auf beiden Achsen vor. Trage folgende Orte ein:

Ort Koordinate
Palme P(23)
Höhle H(87)
Boot B(11)
Felsen F(64)
Schatz S(92)

Prüfe danach die Lagebeziehungen:

  1. Rechts und links: Welcher Ort liegt weiter rechts, H oder F?
  2. Oben und unten: Welcher Ort liegt höher, P oder S?
  3. Koordinaten lesen: Welcher Ort besitzt den x-Wert 1?
  4. Koordinaten vergleichen: Welche Punkte haben unterschiedliche x- und y-Werte, liegen aber besonders nah beieinander?


Interaktives Schatzsuche-Punktspiel

Bewege den Punkt zu den verlangten Koordinaten. Kontrolliere nach jedem Zug: Habe ich zuerst die x-Koordinate und dann die y-Koordinate beachtet?


Pixelbilder mit Koordinaten

Pixelbilder bestehen aus einem Raster. Auch hier hilft die Idee von Zeilen, Spalten und Koordinaten. Für die Mathematik verwenden wir weiterhin die Konvention (xy): zuerst waagerecht, dann senkrecht.

Ein Smiley in einem Raster
Ein Smiley in einem Raster
Pixelraster als Beispiel für ein regelmäßiges Gitternetz
Pixelraster als Beispiel für ein regelmäßiges Gitternetz


Pixelpunkt-Aufgabe: ein Gesicht entsteht

Markiere im Koordinatensystem die folgenden Rasterpunkte. Verwende für jeden angegebenen Punkt ein kleines ausgefülltes Quadrat. Wenn Du möchtest, ergänzt Du anschließend eigene Punkte.

Bildteil Koordinaten
linkes Auge (36), (37)
rechtes Auge (76), (77)
linke Mundhälfte (33), (42)
Mundmitte (52)
rechte Mundhälfte (62), (73)

Forscherfrage: Wie verändern sich die Koordinaten aller Pixel, wenn Du das ganze Gesicht zwei Einheiten nach rechts verschiebst? Mathematisch wird aus (xy) dann (x+2y).


Koordinatenbild: Rakete

Trage die Punkte in dieser Reihenfolge ein und verbinde jeweils benachbarte Punkte:

Punkt Koordinate
A A(59)
B B(76)
C C(73)
D D(81)
E E(62)
F F(51)
G G(42)
H H(21)
I I(33)
J J(36)

Verbinde zum Schluss J wieder mit A. Für ein Fenster kannst Du zusätzlich K(56), L(65), M(54) und N(45) verbinden.


Geometrische Figuren mit Koordinaten beschreiben

Koordinaten eignen sich besonders gut, um Rechteck, Quadrat, Dreieck und andere Figuren eindeutig über ihre Eckpunkte zu beschreiben.

Geometrische Formen auf einem Raster
Geometrische Formen auf einem Raster


Beispiel: Rechteck

Gegeben sind die vier Eckpunkte

A(11),B(61),C(64),D(14).

Verbinde ABCDA.

Beobachtung Rechnung Aussage
A und B haben denselben y-Wert. 61=5 Die untere Seite ist 5 Einheiten lang.
B und C haben denselben x-Wert. 41=3 Die rechte Seite ist 3 Einheiten lang.
Gegenüberliegende Seiten sind gleich lang. AB=CD=5, BC=DA=3 Die Figur ist ein Rechteck.

Wichtig: Haben zwei Punkte denselben y-Wert, liegt ihre Verbindung waagerecht. Haben zwei Punkte denselben x-Wert, liegt ihre Verbindung senkrecht.


Beispiel: Quadrat erkennen

Gegeben sind

K(22),L(62),M(66),N(26).

Die Seitenlängen sind

KL=62=4

und

LM=62=4.

Da die waagerechten und senkrechten Seiten jeweils gleich lang sind, entsteht ein Quadrat mit Seitenlänge 4.


Beispiel: Dreieck beschreiben

Gegeben sind

R(21),S(81),T(56).

Die Strecke RS liegt waagerecht, weil beide Punkte denselben y-Wert besitzen. Der Punkt T liegt höher. Durch das Verbinden von R, S und T entsteht ein Dreieck.


Figuren verschieben

Koordinaten zeigen Bewegungen besonders klar. Wenn jeder Punkt dieselbe Veränderung erhält, wird die ganze Figur verschoben.

Verschiebung Regel Beispiel
2 nach rechts (xy)(x+2y) (34)(54)
3 nach oben (xy)(xy+3) (21)(24)
1 nach links (xy)(x1y) (52)(42)
2 nach unten (xy)(xy2) (65)(63)

Transfer: Wird das Rechteck mit A(11), B(61), C(64), D(14) um 2 nach rechts und 1 nach oben verschoben, entstehen

A(32),B(82),C(85),D(35).


Typische Fehler und wie Du sie vermeidest

Fehler Beispiel Besser
Koordinaten vertauschen Aus (25) wird fälschlich (52). Immer zuerst x, dann y.
Beim falschen Nullpunkt starten Der Weg beginnt nicht bei O(00). Ursprung zuerst suchen.
Achseneinteilung übersehen Ein Kästchen wird automatisch als 1 gedeutet. Vor dem Ablesen die Skala prüfen.
Punkt ungenau setzen Der Punkt liegt zwischen Rasterlinien. Schnittpunkt der passenden Rasterlinien verwenden.
Figur in falscher Reihenfolge verbinden Eckpunkte werden kreuzweise verbunden. Vorgegebene Punktreihenfolge beachten.


Koordinaten in digitalen Bildern

Digitale Bilder verwenden ebenfalls Raster. Die Zählrichtung in Computergrafiken kann jedoch von der üblichen Schulkonvention abweichen. Für diesen aiMOOC gilt immer die mathematische Schulkonvention: positive x-Richtung nach rechts, positive y-Richtung nach oben.

Koordinaten in Raster- und Vektorgrafiken
Koordinaten in Raster- und Vektorgrafiken
Koordinatensystem für digitale Bilder
Koordinatensystem für digitale Bilder


Medien- und Lizenzhinweis

Die hier eingebundenen Wikimedia-Commons-Dateien wurden wegen ihrer freien beziehungsweise gemeinfreien Lizenzierung ausgewählt. Für eine Weiterverwendung außerhalb des Wikis solltest Du die jeweilige Dateiseite auf Wikimedia Commons öffnen und die dort genannten Urheber- und Lizenzangaben übernehmen. Eingebettete YouTube-Videos werden nicht kopiert, sondern über den Videoplayer verknüpft. Die GeoGebra-Aktivitäten werden als externe interaktive Lernressourcen eingebettet.

Medium Lizenzstatus auf Wikimedia Commons bei der Recherche Einsatz im aiMOOC
2D Cartesian Coordinates.svg Public Domain Grundaufbau des Koordinatensystems
Treasure map.svg CC0 Schatzkarten-Kontext
Graph-paper.svg CC BY-SA Raster und Gitternetz
Smiley rastered.svg CC BY-SA 3.0 Pixelbild und Raster
Pixel grid 4000x2000.svg Public Domain regelmäßiges Pixelraster
SVG-Koordinaten.svg CC BY-SA / GFDL Vergleich Raster- und Vektorgrafik
Graphics coordinate system de.svg CC BY-SA 4.0 Koordinaten in digitalen Bildern
SVG example markup grid.svg Public Domain geometrische Formen im Raster


Interaktive Aufgaben


Quiz: Teste Dein Wissen

Wie heißt die waagerechte Achse im Koordinatensystem? (x-Achse) (!y-Achse) (!Ursprung) (!Rasterachse)




Welche Koordinate liest Du bei einem Punkt zuerst ab? (die x-Koordinate) (!die y-Koordinate) (!den Punktnamen) (!die Seitenlänge)




Wo liegt der Ursprung eines Koordinatensystems? (am Schnittpunkt der beiden Achsen) (!am rechten Rand) (!am oberen Rand) (!immer beim Punkt 1)




Welche Beschreibung passt zu einem Punkt mit x gleich 4 und y gleich 3? (P mit x gleich 4 und y gleich 3) (!P mit x gleich 3 und y gleich 4) (!P mit x gleich 4 und y gleich 4) (!P mit x gleich 3 und y gleich 3)




Was bleibt gleich, wenn ein Punkt nur nach oben verschoben wird? (die x-Koordinate) (!die y-Koordinate) (!beide Koordinaten) (!keine Koordinate)




Was gilt für zwei Punkte auf einer waagerechten Strecke? (Sie haben denselben y-Wert) (!Sie haben denselben x-Wert) (!Sie liegen immer im Ursprung) (!Sie haben immer gleiche Punktnamen)




Was gilt für zwei Punkte auf einer senkrechten Strecke? (Sie haben denselben x-Wert) (!Sie haben denselben y-Wert) (!Sie liegen immer auf der x-Achse) (!Sie besitzen keine Koordinaten)




Warum prüfst Du vor dem Eintragen die Achseneinteilung? (Weil ein Kästchen nicht immer genau eine Einheit bedeuten muss) (!Weil die Achsen immer vertauscht sind) (!Weil Punkte keine Namen brauchen) (!Weil nur die y-Achse Zahlen trägt)




Was geschieht mit der x-Koordinate bei einer Verschiebung um zwei Einheiten nach rechts? (Sie wird um zwei größer) (!Sie wird um zwei kleiner) (!Sie bleibt gleich) (!Sie wird immer null)




Woran erkennst Du im Koordinatensystem ein achsenparalleles Rechteck besonders gut? (Gegenüberliegende Eckpunkte bilden waagerechte und senkrechte Seiten) (!Alle Punkte liegen auf einer Achse) (!Alle Eckpunkte haben dieselben Koordinaten) (!Die x-Werte aller Punkte sind gleich)





Memory

x-Achse waagerechte Achse
y-Achse senkrechte Achse
Ursprung Schnittpunkt der Achsen
Punktname Großbuchstabe vor dem Koordinatenpaar
erste Koordinate waagerechte Position
zweite Koordinate senkrechte Position
Raster Hilfsnetz aus Linien





Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu. Thema
Abszisse erste Koordinate
Ordinate zweite Koordinate
Rechtsachse x-Achse
Hochachse y-Achse
Koordinatenursprung Schnittpunkt der Achsen





Kreuzworträtsel

Ursprung Wie heißt der Schnittpunkt von x-Achse und y-Achse?
Rechtsachse Wie heißt die waagerechte Achse mit einem anderen Wort?
Hochachse Wie heißt die senkrechte Achse mit einem anderen Wort?
Raster Wie heißt das Hilfsnetz aus waagerechten und senkrechten Linien?
Punktname Wie heißt die Bezeichnung wie A oder B vor einem Koordinatenpaar?
Koordinatenpaar Wie heißt die geordnete Angabe aus x-Wert und y-Wert?





LearningApps


Lückentext

Vervollständige den Text.
Die waagerechte Achse heißt

.
Die senkrechte Achse heißt

.
Der Schnittpunkt der beiden Achsen heißt

.
Bei einem Punkt liest Du zuerst die

ab.
Die zweite Zahl eines Koordinatenpaares beschreibt die

.
Der Punkt O hat in beiden Richtungen den Wert

.
Beim Eintragen eines Punktes gehst Du zuerst

.
Punkte mit gleichem y-Wert können auf einer

Strecke liegen.
Punkte mit gleichem x-Wert können auf einer

Strecke liegen.
Bei einer Verschiebung nach rechts wird die x-Koordinate

.
Ein regelmäßiges Liniennetz im Koordinatensystem heißt

.
Die Eckpunkte einer geometrischen Figur lassen sich durch

eindeutig beschreiben.




Offene Aufgaben


Leicht

  1. Punktediktat: Lass Dir von einer Partnerin oder einem Partner fünf Punkte im Format P(xy) diktieren. Trage sie ein und vergleicht anschließend Eure Zeichnungen.
  2. Schatzkarte: Zeichne ein Koordinatensystem von 0 bis 10 und platziere fünf Orte wie Palme, Boot, Höhle, Felsen und Schatz. Notiere zu jedem Ort die Koordinaten.
  3. Fehlerdetektiv: Erfinde drei typische Fehler beim Ablesen von Punkten und schreibe jeweils dazu, wie man den Fehler erkennt und verbessert.
  4. Koordinaten-Foto: Suche in Deiner Umgebung ein Raster, zum Beispiel Fliesen, Fenster oder ein Spielbrett. Skizziere es und beschreibe vier Positionen mit einem selbst gewählten Koordinatensystem.


Standard

  1. Pixelbild: Entwirf ein kleines Pixelmotiv in einem Raster von 0 bis 10. Erstelle eine Liste aller benötigten Koordinaten, damit jemand anderes Dein Bild nachbauen kann.
  2. Geometrische Figur: Lege die Eckpunkte eines Rechtecks und eines Dreiecks fest. Zeichne beide Figuren und erkläre anhand der Koordinaten, welche Seiten waagerecht oder senkrecht liegen.
  3. Koordinaten-Rallye: Entwickle sechs Hinweise, bei denen Mitschülerinnen und Mitschüler von Punkt zu Punkt gelangen. Jeder Hinweis soll eine Koordinate oder eine Verschiebung enthalten.
  4. Erklärvideo: Produziere ein kurzes Erklärvideo zum Merksatz „erst x, dann y“. Zeige darin mindestens zwei Punkte und einen typischen Fehler.


Schwer

  1. Verschiebung: Erstelle eine Figur aus mindestens fünf Punkten. Verschiebe sie zuerst drei Einheiten nach rechts und danach zwei Einheiten nach oben. Gib die neuen Koordinaten an und formuliere eine allgemeine Regel.
  2. Geometrische Muster: Entwickle aus Punkten ein symmetrisches Muster. Begründe mithilfe der Koordinaten, woran Du die Symmetrie erkennst.
  3. Koordinatenspiel: Plane ein eigenes analoges oder digitales Punktspiel. Formuliere Spielregeln, Siegbedingung und mindestens zehn Koordinaten-Aufgaben in steigender Schwierigkeit.
  4. Alltagsmodell: Untersuche, wie Koordinaten in Stadtplänen, Sitzplänen, Computerspielen oder digitalen Bildern genutzt werden. Vergleiche mindestens zwei Systeme und erkläre Gemeinsamkeiten und Unterschiede.




Text bearbeiten Bild einfügen Video einbetten Interaktive Aufgaben erstellen



Lernkontrolle

  1. Transferaufgabe 1: Ein Punkt A(23) wird vier Einheiten nach rechts und zwei Einheiten nach oben verschoben. Bestimme die neuen Koordinaten und erkläre, welche Teile Deiner Rechnung zur waagerechten und welche zur senkrechten Bewegung gehören.
  2. Transferaufgabe 2: Die Punkte A(11), B(71), C(75) und D(15) werden verbunden. Beschreibe die Figur, bestimme ihre Seitenlängen und begründe Deine Entscheidung anhand gleicher x- oder y-Werte.
  3. Transferaufgabe 3: Ein Mitschüler trägt P(37) bei (73) ein. Erkläre den Fehler so, dass er ihn künftig selbst vermeiden kann.
  4. Transferaufgabe 4: Eine Schatzkarte verwendet Zweierschritte auf beiden Achsen. Der Schatz liegt beim dritten Rasterstrich rechts und beim vierten Rasterstrich oben. Bestimme die Koordinaten und begründe, warum bloßes Kästchenzählen ohne Skalenprüfung zu einem falschen Ergebnis führen kann.
  5. Transferaufgabe 5: Entwirf ein achsenparalleles Quadrat mit Seitenlänge 4, dessen linke untere Ecke bei (23) liegt. Gib alle vier Eckpunkte an und erkläre Deinen Weg.
  6. Transferaufgabe 6: Vergleiche ein mathematisches Koordinatensystem mit einem Pixelraster eines Bildschirms. Formuliere zwei Gemeinsamkeiten und einen möglichen Unterschied der Zählrichtung.




Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema solltest Du zeigen können, dass Du:

  1. Koordinatensystem: x-Achse, y-Achse, Ursprung, Einheit und Raster sicher benennst.
  2. Koordinaten ablesen: Punkte korrekt als P(xy) notierst.
  3. Koordinaten eintragen: vorgegebene Punkte passend und sauber einzeichnest.
  4. Achseneinteilung: unterschiedliche Skalen erkennst und beim Ablesen berücksichtigst.
  5. Geometrische Figuren: Eckpunkte nutzt, um Rechtecke, Quadrate und Dreiecke zu beschreiben.
  6. Verschiebung: Änderungen von x- und y-Koordinaten bei Bewegungen erklärst.
  7. Darstellungskompetenz: mathematische Informationen in Raster, Bild, Tabelle und Punktfolge übertragen kannst.
  8. Begründung: nicht nur Ergebnisse nennst, sondern Deine Vorgehensweise nachvollziehbar erklärst.




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