nach Aufgabentypen suchen

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Browserfenster aktualisieren (F5), um neue Beispiele bei den Aufgabentypen zu sehen

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (100|200|50) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-500|-400|350) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 11s?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -600 -600 300 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -600 -600 300 ) = ( -300 -300 150 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 100 200 50 ) +t ( -300 -300 150 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 11 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 100 200 50 ) +11 ( -300 -300 150 ) = ( -3200 -3100 1700 ) , also im Punkt P(-3200|-3100|1700).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-100|0|150) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-550|300|250) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 7s geflogen?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -450 300 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -100 0 150 ) +t ( -450 300 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 7 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -100 0 150 ) +7 ( -450 300 100 ) = ( -3250 2100 850 ) , also im Punkt P(-3250|2100|850).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-100|0|150) nach P(-3250|2100|850) bewegt, also um den Vektor AP = ( -3150 2100 700 ) . Dessen Länge ist (-3150) 2 + 21002 + 700 2 = 14822500 = 3850m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|-40|10) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (120|-80|20) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( 80 -40 10 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 80 2 + (-40)2 + 10 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m min = 5.4 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|0|50) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (240|240|170) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 1010m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 240 240 120 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 240 240 120 ) = ( 60 60 30 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 0 50 ) +t ( 60 60 30 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 30m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 50 auf 1010m (also 960m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 960 30 s = 32s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|50|200) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1980km/h in Richtung des Punktes B (-1100|-850|1100) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt sie im Punkt B an?

Lösung einblenden

Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 1980000 m 3600 s = 550 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -1050 -900 900 ) ist (-1050) 2 + (-900)2 + 900 2 = 2722500 = 1650 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 550 m s . braucht er für diese Strecke 1650 550 s = 3s.
Punkt B wird als nach 3s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (24|30|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 (120|-66|48) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 8,64 km zurückgelegt hat?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2 min den Vektor AB = ( 96 -96 48 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( 96 -96 48 ) = ( 48 -48 24 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 24 30 0 ) +t ( 48 -48 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 = 48 2 + (-48)2 + 24 2 = 5184 = 72.
Die Geschwindigkeit ist also v=72 m min
Für die Strecke von 8.64 km braucht es also 8640 72 min = 120min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 24 30 0 ) +120 ( 48 -48 24 ) = ( 5784 -5730 2880 ) , also im Punkt P(5784|-5730|2880).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 2880 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (8|11|-8) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-7|5|10) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -8 4 -2 ) +t ( -5 0 5 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 1min von einander entfernt?

Lösung einblenden

Der Heißluftballon legt in 3min den Vektor AB = ( -15 -6 18 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -15 -6 18 ) = ( -5 -2 6 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 8 11 -8 ) +t ( -5 -2 6 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 1min an der Stelle P1 ( -8 4 -2 ) +1 ( -5 0 5 ) = ( -13 4 3 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( 8 11 -8 ) +1 ( -5 -2 6 ) = ( 3 9 -2 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-13|4|3) und P2(3|9|-2):
P1P2 = ( 3-( - 13 ) 9-4 -2-3 ) = ( 16 5 -5 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 16 5 -5 ) | = 16 2 + 52 + (-5) 2 = 306 ≈ 17.492855684536

Der Abstand ist also ca. 17.49 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 3 -8 0,8 ) +t ( -1 -3 0,2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-48|-31|0,3) . Nach 3h ist er im Punkt B (-18|-19|1,2) 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?

Lösung einblenden

Der Heißluftballon F2 legt in 3h den Vektor AB = ( 30 12 0.9 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 3 ( 30 12 0.9 ) = ( 10 4 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -48 -31 0.3 ) +t ( 10 4 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:

0,2t +0,8 = 0,3t +0,3 | -0,8 -0,3t
-0,1t = -0,5 |:(-0,1 )
t = 5

nach 5 h sind also beide auf gleicher Höhe: 0,25 +0,8 = 1.8 = 0,35 +0,3


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-48|-52|1,5) . Nach 5s ist sie im Punkt B (-53|-42|3,5) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 -8 0,5 ) +t ( -9 -8 0,5 ) . (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.

Lösung einblenden

Die Seilbahngondel legt in 5s den Vektor AB = ( -5 10 2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( -5 10 2 ) = ( -1 2 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -48 -52 1.5 ) +t ( -1 2 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.

( -5 -8 0.5 ) +s ( -9 -8 0.5 ) = ( -48 -52 1.5 ) +t ( -1 2 0.4 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-5-9s= -48-1t-8-8s= -52+2t

-9s +t = -43 (I) -8s -2t = -44 (II)
-9s +t = -43 (I) -8s -2t = -44 (II)

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

-9s 1t = -43 (I) ( -72 +72 )s +( 8 +18 )t = ( -344 +396 ) (II)
-9s +t = -43 (I) +26t = 52 (II)
Zeile (II): +26t = 52

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

-9s +(2 ) = -43 | -2
-9 s = -45 | : (-9)

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 ( -5 -8 0.5 ) +5 ( -9 -8 0.5 ) = ( -50 -48 3 ) , während die Seilbahngondel nach 2s bei ( -48 -52 1.5 ) +2 ( -1 2 0.4 ) = ( -50 -48 2.3 ) ist.

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

3 - 2.3 = 0.7 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-250|0|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (50|-300|200) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 6s?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 300 -300 150 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 300 -300 150 ) = ( 100 -100 50 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -250 0 50 ) +t ( 100 -100 50 ) 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 = ( -250 0 50 ) +6 ( 100 -100 50 ) = ( 350 -600 350 ) , also im Punkt P(350|-600|350).

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|10|10) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (140|-310|50) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 9s?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 160 -320 40 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 160 -320 40 ) = ( 40 -80 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -20 10 10 ) +t ( 40 -80 10 ) 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 = ( -20 10 10 ) +9 ( 40 -80 10 ) = ( 340 -710 100 ) , also im Punkt P(340|-710|100).