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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (100|-200|150) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (1000|-1550|450) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 9s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 900 -1350 300 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 900 -1350 300 ) = ( 300 -450 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 100 -200 150 ) +t ( 300 -450 100 ) 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 = ( 100 -200 150 ) +9 ( 300 -450 100 ) = ( 2800 -4250 1050 ) , also im Punkt P(2800|-4250|1050).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|50|20) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (210|290|140) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 7min geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( 240 240 120 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 240 240 120 ) = ( 80 80 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -30 50 20 ) +t ( 80 80 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 7 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -30 50 20 ) +7 ( 80 80 40 ) = ( 530 610 300 ) , also im Punkt P(530|610|300).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-30|50|20) nach P(530|610|300) bewegt, also um den Vektor AP = ( 560 560 280 ) . Dessen Länge ist 560 2 + 5602 + 280 2 = 705600 = 840m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-40|30|0) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-110|90|60) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( -70 60 60 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-70) 2 + 602 + 60 2 = 12100 = 110.
Die Geschwindigkeit ist also v=110 m min = 6.6 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (250|250|100) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (2050|-950|500) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 2500m erreicht?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 250 250 100 ) +t ( 450 -300 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 100m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 100 auf 2500m (also 2400m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 2400 100 s = 24s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|-10|40) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 324km/h in Richtung des Punktes B (-580|-370|400) (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= 324000 m 3600 s = 90 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -630 -360 360 ) ist (-630) 2 + (-360)2 + 360 2 = 656100 = 810 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 90 m s . braucht er für diese Strecke 810 90 s = 9s.
Punkt B wird als nach 9s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|18|0) (alle Angaben in Meter). Da der Wind extrem gleichmäßig ist, fliegt er mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn. Nach 4min ist er im Punkt B (-126|186|96) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 11,88 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4 min den Vektor AB = ( -96 168 96 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( -96 168 96 ) = ( -24 42 24 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -30 18 0 ) +t ( -24 42 24 ) 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 = (-24) 2 + 422 + 24 2 = 2916 = 54.
Die Geschwindigkeit ist also v=54 m min
Für die Strecke von 11.88 km braucht es also 11880 54 min = 220min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -30 18 0 ) +220 ( -24 42 24 ) = ( -5310 9258 5280 ) , also im Punkt P(-5310|9258|5280).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 5280 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (19|22|-33) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (7|-8|3) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 6 -10 1 ) +t ( -2 -10 11 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 4min von einander entfernt?

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Der Heißluftballon legt in 3min den Vektor AB = ( -12 -30 36 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -12 -30 36 ) = ( -4 -10 12 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 19 22 -33 ) +t ( -4 -10 12 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 4min an der Stelle P1 ( 6 -10 1 ) +4 ( -2 -10 11 ) = ( -2 -50 45 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( 19 22 -33 ) +4 ( -4 -10 12 ) = ( 3 -18 15 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-2|-50|45) und P2(3|-18|15):
P1P2 = ( 3-( - 2 ) -18-( - 50 ) 15-45 ) = ( 5 32 -30 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 5 32 -30 ) | = 5 2 + 322 + (-30) 2 = 1949 ≈ 44.147480109288

Der Abstand ist also ca. 44.15 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|-57|0) . Nach 3s ist sie im Punkt B (22|-36|0,9) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 6 -10 2 ) +t ( 6 -3 0,1 ) . (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 3s den Vektor AB = ( 12 21 0.9 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 12 21 0.9 ) = ( 4 7 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 10 -57 0 ) +t ( 4 7 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:

0,1t +2 = 0,3t +0
0,1t +2 = 0,3t | -2 -0,3t
-0,2t = -2 |:(-0,2 )
t = 10

nach 10 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,110 +2 = 3 = 0,310 +0


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 9 -5 0,7 ) +t ( 9 8 0,3 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (9|11|0,3) . Nach 2h ist er im Punkt B (27|11|1,1) 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 2h den Vektor AB = ( 18 0 0.8 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 2 ( 18 0 0.8 ) = ( 9 0 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 9 11 0.3 ) +t ( 9 0 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.

( 9 -5 0.7 ) +s ( 9 8 0.3 ) = ( 9 11 0.3 ) +t ( 9 0 0.4 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

9+9s= 9+9t-5+8s= 11+0t

9s -9t = 0 (I) 8s = 16 (II)
9s -9t = 0 (I) 8s = 16 (II)

langsame Rechnung einblenden8·(I) -9·(II)

9s -9t = 0 (I) ( 72 -72 )s +( -72 +0)t = (0 -144 ) (II)
9s -9t = 0 (I) -72t = -144 (II)
Zeile (II): -72t = -144

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

9s -9·(2 ) = 0 | +18
9 s = 18 | : 9

s = 2

L={(2 |2 )}

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

der Heißluftballon F1 ist also nach 2h bei ( 9 -5 0.7 ) +2 ( 9 8 0.3 ) = ( 27 11 1.3 ) , während der Heißluftballon F2 nach 2h bei ( 9 11 0.3 ) +2 ( 9 0 0.4 ) = ( 27 11 1.1 ) ist.

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

1.3 - 1.1 = 0.2 km

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|30|0) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-120|-30|40) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 6s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -120 -60 40 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -120 -60 40 ) = ( -60 -30 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 30 0 ) +t ( -60 -30 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 6 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 0 30 0 ) +6 ( -60 -30 20 ) = ( -360 -150 120 ) , also im Punkt P(-360|-150|120).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|-20|30) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (170|-290|90) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 11min geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( 180 -270 60 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 180 -270 60 ) = ( 60 -90 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 -20 30 ) +t ( 60 -90 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 11 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -10 -20 30 ) +11 ( 60 -90 20 ) = ( 650 -1010 250 ) , also im Punkt P(650|-1010|250).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-10|-20|30) nach P(650|-1010|250) bewegt, also um den Vektor AP = ( 660 -990 220 ) . Dessen Länge ist 660 2 + (-990)2 + 220 2 = 1464100 = 1210m.