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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-250|150|250) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-1450|1950|650) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 10s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -1200 1800 400 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -1200 1800 400 ) = ( -300 450 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -250 150 250 ) +t ( -300 450 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 10 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -250 150 250 ) +10 ( -300 450 100 ) = ( -3250 4650 1250 ) , also im Punkt P(-3250|4650|1250).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (150|-50|250) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-750|550|450) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 10s geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -900 600 200 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -900 600 200 ) = ( -450 300 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 150 -50 250 ) +t ( -450 300 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 10 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 150 -50 250 ) +10 ( -450 300 100 ) = ( -4350 2950 1250 ) , also im Punkt P(-4350|2950|1250).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(150|-50|250) nach P(-4350|2950|1250) bewegt, also um den Vektor AP = ( -4500 3000 1000 ) . Dessen Länge ist (-4500) 2 + 30002 + 1000 2 = 30250000 = 5500m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|20|40) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (130|-60|80) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4min den Vektor AB = ( 80 -80 40 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 80 -80 40 ) = ( 20 -20 10 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 20 2 + (-20)2 + 10 2 = 900 = 30.
Die Geschwindigkeit ist also v=30 m min = 1.8 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|10|10) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (120|-150|30) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 130m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2min den Vektor AB = ( 80 -160 20 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( 80 -160 20 ) = ( 40 -80 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 40 10 10 ) +t ( 40 -80 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 10m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 10 auf 130m (also 120m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 120 10 min = 12min lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|10|40) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 252km/h in Richtung des Punktes B (190|-410|180) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt es im Punkt B an?

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Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 252000 m 3600 s = 70 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 210 -420 140 ) ist 210 2 + (-420)2 + 140 2 = 240100 = 490 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 70 m s . braucht er für diese Strecke 490 70 s = 7s.
Punkt B wird als nach 7s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Uboot startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-6|3|0) (alle Angaben in Meter). Nach 2min geradliniger Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit ist es im Punkt B (-24|39|-12) angelangt.
Wie tief ist das Uboot, wenn es 2,1 km zurückgelegt hat? (bitte als Höhe angeben, also mit negativem Vorzeichen)

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Das Bewegungsobjekt legt in 2 min den Vektor AB = ( -18 36 -12 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -18 36 -12 ) = ( -9 18 -6 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -6 3 0 ) +t ( -9 18 -6 ) beschreibt also den Ortsvektor zu dem Punkt, an dem sich das Bewegungsobjekt nach t min befindet.
Dieser Richtungsvektor (der in 1 min zurückgelegt wird) hat die Länge = (-9) 2 + 182 + (-6) 2 = 441 = 21.
Die Geschwindigkeit ist also v=21 m min
Für die Strecke von 2.1 km braucht es also 2100 21 min = 100min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -6 3 0 ) +100 ( -9 18 -6 ) = ( -906 1803 -600 ) , also im Punkt P(-906|1803|-600).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also -600 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-1|40|-53) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-1|-40|67) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -3 -9 1 ) +t ( 3 -40 59 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 3min von einander entfernt?

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Der Heißluftballon legt in 2min den Vektor AB = ( 0 -80 120 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( 0 -80 120 ) = ( 0 -40 60 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -1 40 -53 ) +t ( 0 -40 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 3min an der Stelle P1 ( -3 -9 1 ) +3 ( 3 -40 59 ) = ( 6 -129 178 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( -1 40 -53 ) +3 ( 0 -40 60 ) = ( -1 -80 127 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(6|-129|178) und P2(-1|-80|127):
P1P2 = ( -1-6 -80-( - 129 ) 127-178 ) = ( -7 49 -51 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -7 49 -51 ) | = (-7) 2 + 492 + (-51) 2 = 5051 ≈ 71.070387644926

Der Abstand ist also ca. 71.07 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-11|-2|1,6) . Nach 1s ist sie im Punkt B (-9|-5|1,9) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 1 -1 0,6 ) +t ( -1 -8 0,4 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn).
Wann sind die Seilbahngondel und die Drohne auf gleicher Höhe?

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Die Seilbahngondel legt in 1s den Vektor AB = ( 2 -3 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -11 -2 1.6 ) +t ( 2 -3 0.3 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Um den Zeitpunkt zu finden, wann beide die gleiche Höhe haben, muss einfach ein t gefunden werden, bei dem die x3-Koordinate bei beiden Gleichungen gleich groß ist, also:

0,4t +0,6 = 0,3t +1,6 | -0,6 -0,3t
0,1t = 1 |:0,1
t = 10

nach 10 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,410 +0,6 = 4.6 = 0,310 +1,6


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -17 -22 1,4 ) +t ( 0 8 0,2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-1|-4|0,6) . Nach 3min ist es im Punkt B (-25|-7|1,8) angelangt.
Ein Beobachter steht direkt senkrecht unter dem scheinbaren Schnittpunkt der beiden Flugbahnen. Wie hoch ist an dieser Stelle der Höhenunterschied der beiden Flugbahnen tatsächlich?

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Das Flugzeug F2 legt in 3min den Vektor AB = ( -24 -3 1.2 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -24 -3 1.2 ) = ( -8 -1 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -1 -4 0.6 ) +t ( -8 -1 0.4 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Den scheinbaren Schnittpunkt der beiden Bewegungsbahnen, den man von direkt darüber oder direkt darunter sehen könnte, berechnet man indem man die x1- und x2-Koordinaten der beiden Geradengleichungen gleichsetzt.

( -17 -22 1.4 ) +s ( 0 8 0.2 ) = ( -1 -4 0.6 ) +t ( -8 -1 0.4 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-17+0s= -1-8t-22+8s= -4-1t

+8t = 16 (I) 8s +t = 18 (II)
+8t = 16 (I) 8s +t = 18 (II)

Wir tauschen die Zeilen 1 und 2, um auf die gewünschte Dreiecksform zu kommen.

8s +t = 18 (I) +8t = 16 (II)
0 s +8 t = +16 (I) 8 s +1 t = +18 (II)
8s +t = 18 (I) +8t = 16 (II)
Zeile (II): +8t = 16

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

8s +(2 ) = 18 | -2
8 s = 16 | : 8

s = 2

L={(2 |2 )}

Das heißt also, dass das Flugzeug F1 nach 2min und das Flugzeug F2 nach 2min an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

das Flugzeug F1 ist also nach 2min bei ( -17 -22 1.4 ) +2 ( 0 8 0.2 ) = ( -17 -6 1.8 ) , während das Flugzeug F2 nach 2min bei ( -1 -4 0.6 ) +2 ( -8 -1 0.4 ) = ( -17 -6 1.4 ) ist.

Sie haben dort also die selben x1- und x2-Koordinaten, in der Höhe (x3-Koordinate) haben sie jedoch einen Unterschied von

1.8 - 1.4 = 0.4 km

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 7 -1 2 ) +t ( 4 -3 -1 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-2|12|8) . Nach 3min ist es im Punkt B (10|3|2) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 5min von einander entfernt?

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F2 legt in 3min den Vektor AB = ( 12 -9 -6 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 12 -9 -6 ) = ( 4 -3 -2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -2 12 8 ) +t ( 4 -3 -2 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 5min an der Stelle P1 ( 7 -1 2 ) +5 ( 4 -3 -1 ) = ( 27 -16 -3 ) ; F2 an der Stelle P2 ( -2 12 8 ) +5 ( 4 -3 -2 ) = ( 18 -3 -2 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(27|-16|-3) und P2(18|-3|-2):
P1P2 = ( 18-27 -3-( - 16 ) -2-( - 3 ) ) = ( -9 13 1 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -9 13 1 ) | = (-9) 2 + 132 + 1 2 = 251 ≈ 15.842979517755

Der Abstand ist also ca. 15.84 km.

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-40|40) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-270|320|120) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 9s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -240 360 80 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -240 360 80 ) = ( -60 90 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -30 -40 40 ) +t ( -60 90 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 9 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -30 -40 40 ) +9 ( -60 90 20 ) = ( -570 770 220 ) , also im Punkt P(-570|770|220).