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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|-50|40) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (210|-230|220) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 10min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( 210 -180 180 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 210 -180 180 ) = ( 70 -60 60 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 -50 40 ) +t ( 70 -60 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 10 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 0 -50 40 ) +10 ( 70 -60 60 ) = ( 700 -650 640 ) , also im Punkt P(700|-650|640).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-250|50|200) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (950|-550|600) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 12s geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 1200 -600 400 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 1200 -600 400 ) = ( 300 -150 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -250 50 200 ) +t ( 300 -150 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 12 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -250 50 200 ) +12 ( 300 -150 100 ) = ( 3350 -1750 1400 ) , also im Punkt P(3350|-1750|1400).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-250|50|200) nach P(3350|-1750|1400) bewegt, also um den Vektor AP = ( 3600 -1800 1200 ) . Dessen Länge ist 3600 2 + (-1800)2 + 1200 2 = 17640000 = 4200m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|30|50) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-60|-10|70) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|0|200) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-1450|800|1000) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 5000m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -1400 800 800 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -1400 800 800 ) = ( -350 200 200 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 0 200 ) +t ( -350 200 200 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 200m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 200 auf 5000m (also 4800m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 4800 200 s = 24s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|0|10) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 252km/h in Richtung des Punktes B (50|30|30) (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 = ( 60 30 20 ) ist 60 2 + 302 + 20 2 = 4900 = 70 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 70 m s . braucht er für diese Strecke 70 70 s = 1s.
Punkt B wird als nach 1s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (18|-12|0) (alle Angaben in Meter). Da der Wind extrem gleichmäßig ist, fliegt er mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn. Nach 2min ist er im Punkt B (-78|36|12) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 4,32 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2 min den Vektor AB = ( -96 48 12 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -96 48 12 ) = ( -48 24 6 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 18 -12 0 ) +t ( -48 24 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 = (-48) 2 + 242 + 6 2 = 2916 = 54.
Die Geschwindigkeit ist also v=54 m min
Für die Strecke von 4.32 km braucht es also 4320 54 min = 80min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 18 -12 0 ) +80 ( -48 24 6 ) = ( -3822 1908 480 ) , also im Punkt P(-3822|1908|480).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 480 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -9 3 -1 ) +t ( -3 -4 4 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (5|13|-3) . Nach 1s ist sie im Punkt B (2|8|1) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 5s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 1s den Vektor AB = ( -3 -5 4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 5 13 -3 ) +t ( -3 -5 4 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 5s an der Stelle P1 ( -9 3 -1 ) +5 ( -3 -4 4 ) = ( -24 -17 19 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 5 13 -3 ) +5 ( -3 -5 4 ) = ( -10 -12 17 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-24|-17|19) und P2(-10|-12|17):
P1P2 = ( -10-( - 24 ) -12-( - 17 ) 17-19 ) = ( 14 5 -2 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 14 5 -2 ) | = 14 2 + 52 + (-2) 2 = 225 = 15

Der Abstand ist also ca. 15 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -1 -5 0,5 ) +t ( -7 5 0,5 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|35|1,7) . Nach 3h ist er im Punkt B (-15|5|2,6) angelangt. Bei beiden soll angenommen werden, dass sie sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn fortbewegen.
Wann sind die beiden Heißluftballone auf gleicher Höhe?

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Der Heißluftballon F2 legt in 3h den Vektor AB = ( 15 -30 0.9 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 3 ( 15 -30 0.9 ) = ( 5 -10 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -30 35 1.7 ) +t ( 5 -10 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:

0,5t +0,5 = 0,3t +1,7 | -0,5 -0,3t
0,2t = 1,2 |:0,2
t = 6

nach 6 h sind also beide auf gleicher Höhe: 0,56 +0,5 = 3.5 = 0,36 +1,7


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -3 52 1,3 ) +t ( 0 -5 0,3 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-7|2|0,5) . Nach 1h ist er im Punkt B (-5|7|1) angelangt. Bei beiden soll angenommen werden, dass sie sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn fortbewegen.
Die Partyheißluftballone sprühen einen pinken Farbstoff aus, so dass ihre Flugbahn noch einige Zeit später zu erkennen ist. Ein Beobachter steht direkt senkrecht unter dem scheinbaren Schnittpunkt der beiden Flugbahnen der Ballone. Wie hoch ist an dieser Stelle der Höhenunterschied der beiden Flugbahnen tatsächlich?

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Der Heißluftballon F2 legt in 1h den Vektor AB = ( 2 5 0.5 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -7 2 0.5 ) +t ( 2 5 0.5 ) 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.

( -3 52 1.3 ) +s ( 0 -5 0.3 ) = ( -7 2 0.5 ) +t ( 2 5 0.5 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-3+0s= -7+2t52-5s= 2+5t

-2t = -4 (I) -5s -5t = -50 (II)
-2t = -4 (I) -5s -5t = -50 (II)

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

-5s -5t = -50 (I) -2t = -4 (II)
0 s -2 t = -4 (I) -5 s -5 t = -50 (II)
-5s -5t = -50 (I) -2t = -4 (II)
Zeile (II): -2t = -4

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

-5s -5·(2 ) = -50 | +10
-5 s = -40 | : (-5)

s = 8

L={(8 |2 )}

Das heißt also, dass der Heißluftballon F1 nach 8h und der Heißluftballon F2 nach 2h an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

der Heißluftballon F1 ist also nach 8h bei ( -3 52 1.3 ) +8 ( 0 -5 0.3 ) = ( -3 12 3.7 ) , während der Heißluftballon F2 nach 2h bei ( -7 2 0.5 ) +2 ( 2 5 0.5 ) = ( -3 12 1.5 ) ist.

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

3.7 - 1.5 = 2.2 km

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 5 -1 -2 ) +t ( -6 8 -7 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (31|-19|22) . Nach 3min ist es im Punkt B (13|5|-2) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 5min von einander entfernt?

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F2 legt in 3min den Vektor AB = ( -18 24 -24 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -18 24 -24 ) = ( -6 8 -8 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 31 -19 22 ) +t ( -6 8 -8 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 5min an der Stelle P1 ( 5 -1 -2 ) +5 ( -6 8 -7 ) = ( -25 39 -37 ) ; F2 an der Stelle P2 ( 31 -19 22 ) +5 ( -6 8 -8 ) = ( 1 21 -18 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-25|39|-37) und P2(1|21|-18):
P1P2 = ( 1-( - 25 ) 21-39 -18-( - 37 ) ) = ( 26 -18 19 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 26 -18 19 ) | = 26 2 + (-18)2 + 19 2 = 1361 ≈ 36.891733491393

Der Abstand ist also ca. 36.89 km.

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -4 8 -2 ) +t ( 7 7 -12 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-14|2|29) . Nach 2s ist sie im Punkt B (2|14|5) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 5s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( 16 12 -24 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 16 12 -24 ) = ( 8 6 -12 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -14 2 29 ) +t ( 8 6 -12 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 5s an der Stelle P1 ( -4 8 -2 ) +5 ( 7 7 -12 ) = ( 31 43 -62 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( -14 2 29 ) +5 ( 8 6 -12 ) = ( 26 32 -31 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(31|43|-62) und P2(26|32|-31):
P1P2 = ( 26-31 32-43 -31-( - 62 ) ) = ( -5 -11 31 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -5 -11 31 ) | = (-5) 2 + (-11)2 + 31 2 = 1107 ≈ 33.271609519228

Der Abstand ist also ca. 33.27 m.