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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-100|100|50) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-400|-200|200) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 4s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -300 -300 150 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -100 100 50 ) +t ( -300 -300 150 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 4 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -100 100 50 ) +4 ( -300 -300 150 ) = ( -1300 -1100 650 ) , also im Punkt P(-1300|-1100|650).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|40|50) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (170|-40|70) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 3s seit seinem Start zurückgelegt?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 10 40 50 ) +t ( 80 -40 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 3 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 10 40 50 ) +3 ( 80 -40 10 ) = ( 250 -80 80 ) , also im Punkt P(250|-80|80).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(10|40|50) nach P(250|-80|80) bewegt, also um den Vektor AP = ( 240 -120 30 ) . Dessen Länge ist 240 2 + (-120)2 + 30 2 = 72900 = 270m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-40|-20|10) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (120|140|90) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4min den Vektor AB = ( 160 160 80 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 160 160 80 ) = ( 40 40 20 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 40 2 + 402 + 20 2 = 3600 = 60.
Die Geschwindigkeit ist also v=60 m min = 3.6 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|50|10) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-180|230|190) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 1270m erreicht?

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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 = ( 30 50 10 ) +t ( -70 60 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 60m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 10 auf 1270m (also 1260m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 1260 60 min = 21min lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|0|30) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 396km/h in Richtung des Punktes B (520|630|570) (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= 396000 m 3600 s = 110 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 540 630 540 ) ist 540 2 + 6302 + 540 2 = 980100 = 990 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 110 m s . braucht er für diese Strecke 990 110 s = 9s.
Punkt B wird als nach 9s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|30|0) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-30|70|40) angelangt.
Welche (absolute) Höhe hat das Flugzeug, wenn es 21,6 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1 s den Vektor AB = ( -70 40 40 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 40 30 0 ) +t ( -70 40 40 ) beschreibt also den Ortsvektor zu dem Punkt, an dem sich das Bewegungsobjekt nach t s befindet.
Dieser Richtungsvektor (der in 1 s zurückgelegt wird) hat die Länge = (-70) 2 + 402 + 40 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m s
Für die Strecke von 21.6 km braucht es also 21600 90 s = 240s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 40 30 0 ) +240 ( -70 40 40 ) = ( -16760 9630 9600 ) , also im Punkt P(-16760|9630|9600).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 9600 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 2 -9 -2 ) +t ( -2 -10 11 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (9|7|-8) . Nach 4s ist sie im Punkt B (-7|-33|40) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 2s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 4s den Vektor AB = ( -16 -40 48 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -16 -40 48 ) = ( -4 -10 12 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 9 7 -8 ) +t ( -4 -10 12 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2s an der Stelle P1 ( 2 -9 -2 ) +2 ( -2 -10 11 ) = ( -2 -29 20 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 9 7 -8 ) +2 ( -4 -10 12 ) = ( 1 -13 16 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-2|-29|20) und P2(1|-13|16):
P1P2 = ( 1-( - 2 ) -13-( - 29 ) 16-20 ) = ( 3 16 -4 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 3 16 -4 ) | = 3 2 + 162 + (-4) 2 = 281 ≈ 16.76305461424

Der Abstand ist also ca. 16.76 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-6|26|1,4) . Nach 3s ist sie im Punkt B (-6|11|1,7) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 9 -9 0,8 ) +t ( -5 5 0,2 ) . (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 = ( 0 -15 0.3 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 0 -15 0.3 ) = ( 0 -5 0.1 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -6 26 1.4 ) +t ( 0 -5 0.1 ) 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:

0,2t +0,8 = 0,1t +1,4 | -0,8 -0,1t
0,1t = 0,6 |:0,1
t = 6

nach 6 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,26 +0,8 = 2 = 0,16 +1,4


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-14|-18|0,3) . Nach 4s ist sie im Punkt B (-2|-2|1,5) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -3 5 0,8 ) +t ( -1 -3 0,2 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn).
Es gibt einen Zeitpunkt, an dem die Drohne genau über der Seilbahn ist. Berechne den vertikalen Höhenunterschied zwischen Drohne und Seilbahn an dieser Stelle.

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Die Seilbahngondel legt in 4s den Vektor AB = ( 12 16 1.2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 12 16 1.2 ) = ( 3 4 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -14 -18 0.3 ) +t ( 3 4 0.3 ) 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 5 0.8 ) +s ( -1 -3 0.2 ) = ( -14 -18 0.3 ) +t ( 3 4 0.3 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-3-1s= -14+3t5-3s= -18+4t

-1s -3t = -11 (I) -3s -4t = -23 (II)
-1s -3t = -11 (I) -3s -4t = -23 (II)

langsame Rechnung einblenden3·(I) -1·(II)

-1s -3t = -11 (I) ( -3 +3 )s +( -9 +4 )t = ( -33 +23 ) (II)
-1s -3t = -11 (I) -5t = -10 (II)
Zeile (II): -5t = -10

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

-1s -3·(2 ) = -11 | +6
-1 s = -5 | : (-1)

s = 5

L={(5 |2 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 5s und die Seilbahngondel nach 2s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 5s bei ( -3 5 0.8 ) +5 ( -1 -3 0.2 ) = ( -8 -10 1.8 ) , während die Seilbahngondel nach 2s bei ( -14 -18 0.3 ) +2 ( 3 4 0.3 ) = ( -8 -10 0.9 ) ist.

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

1.8 - 0.9 = 0.9 m

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-150|-200|150) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (1050|1000|750) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 10s geflogen?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -150 -200 150 ) +t ( 300 300 150 ) 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 -200 150 ) +10 ( 300 300 150 ) = ( 2850 2800 1650 ) , also im Punkt P(2850|2800|1650).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-150|-200|150) nach P(2850|2800|1650) bewegt, also um den Vektor AP = ( 3000 3000 1500 ) . Dessen Länge ist 3000 2 + 30002 + 1500 2 = 20250000 = 4500m.

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|20|30) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (70|140|90) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 4min geflogen?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 20 30 ) +t ( 60 60 30 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 4 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -50 20 30 ) +4 ( 60 60 30 ) = ( 190 260 150 ) , also im Punkt P(190|260|150).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-50|20|30) nach P(190|260|150) bewegt, also um den Vektor AP = ( 240 240 120 ) . Dessen Länge ist 240 2 + 2402 + 120 2 = 129600 = 360m.