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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|50|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (40|-10|80) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 4s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 60 -60 30 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 60 -60 30 ) = ( 20 -20 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -20 50 50 ) +t ( 20 -20 10 ) 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 = ( -20 50 50 ) +4 ( 20 -20 10 ) = ( 60 -30 90 ) , also im Punkt P(60|-30|90).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-40|30) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-90|-100|60) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 8s seit seinem Start zurückgelegt?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( -60 -60 30 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -60 -60 30 ) = ( -20 -20 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -30 -40 30 ) +t ( -20 -20 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 8 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -30 -40 30 ) +8 ( -20 -20 10 ) = ( -190 -200 110 ) , also im Punkt P(-190|-200|110).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-30|-40|30) nach P(-190|-200|110) bewegt, also um den Vektor AP = ( -160 -160 80 ) . Dessen Länge ist (-160) 2 + (-160)2 + 80 2 = 57600 = 240m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|-150|250) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-800|650|650) angelangt.
Wie hoch ist die Geschwindigkeit der Rakete in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -800 800 400 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -800 800 400 ) = ( -200 200 100 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-200) 2 + 2002 + 100 2 = 90000 = 300.
Die Geschwindigkeit ist also v=300 m s = 1080 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|20|0) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (210|-100|30) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 330m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 240 -120 30 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 240 -120 30 ) = ( 80 -40 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -30 20 0 ) +t ( 80 -40 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 10m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 0 auf 330m (also 330m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 330 10 s = 33s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-1|5|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 39,6km/h in Richtung des Punktes B (23|41|646) (alle Koordinatenangaben in Meter). Ihre Bewegungsbahn soll als geradlinig angenommen werden.
Wann kommt die Seilbahngondel im Punkt B an?

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Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 39600 m 3600 s = 11 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 24 36 -8 ) ist 24 2 + 362 + (-8) 2 = 1936 = 44 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 11 m s . braucht er für diese Strecke 44 11 s = 4s.
Punkt B wird als nach 4s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-30|50) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (10|-70|70) angelangt.
Welche (absolute) Höhe hat das Flugzeug, wenn es 3,6 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1 s den Vektor AB = ( 40 -40 20 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -30 -30 50 ) +t ( 40 -40 20 ) 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 = 40 2 + (-40)2 + 20 2 = 3600 = 60.
Die Geschwindigkeit ist also v=60 m s
Für die Strecke von 3.6 km braucht es also 3600 60 s = 60s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -30 -30 50 ) +60 ( 40 -40 20 ) = ( 2370 -2430 1250 ) , also im Punkt P(2370|-2430|1250).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 1250 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-35|-37|77) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-23|-21|53) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 5 -2 ) +t ( 13 15 -24 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 5min von einander entfernt?

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Der Heißluftballon legt in 1min den Vektor AB = ( 12 16 -24 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -35 -37 77 ) +t ( 12 16 -24 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 5min an der Stelle P1 ( -5 5 -2 ) +5 ( 13 15 -24 ) = ( 60 80 -122 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( -35 -37 77 ) +5 ( 12 16 -24 ) = ( 25 43 -43 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(60|80|-122) und P2(25|43|-43):
P1P2 = ( 25-60 43-80 -43-( - 122 ) ) = ( -35 -37 79 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -35 -37 79 ) | = (-35) 2 + (-37)2 + 79 2 = 8835 ≈ 93.994680700559

Der Abstand ist also ca. 93.99 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|-1|0,9) . Nach 1s ist sie im Punkt B (5|3|1,3) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -4 -1 0,5 ) +t ( 6 4 0,5 ) . (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 = ( 5 4 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 0 -1 0.9 ) +t ( 5 4 0.4 ) 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 = 0,4t +0,9 | -0,5 -0,4t
0,1t = 0,4 |:0,1
t = 4

nach 4 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,54 +0,5 = 2.5 = 0,44 +0,9


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-42|-24|0,5) . Nach 5s ist sie im Punkt B (-47|-14|1,5) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 10 4 0,9 ) +t ( -9 -4 0,1 ) . (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 1 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( -5 10 1 ) = ( -1 2 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -42 -24 0.5 ) +t ( -1 2 0.2 ) 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.

( 10 4 0.9 ) +s ( -9 -4 0.1 ) = ( -42 -24 0.5 ) +t ( -1 2 0.2 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

10-9s= -42-1t4-4s= -24+2t

-9s +t = -52 (I) -4s -2t = -28 (II)
-9s +t = -52 (I) -4s -2t = -28 (II)

langsame Rechnung einblenden4·(I) -9·(II)

-9s 1t = -52 (I) ( -36 +36 )s +( 4 +18 )t = ( -208 +252 ) (II)
-9s +t = -52 (I) +22t = 44 (II)
Zeile (II): +22t = 44

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

-9s +(2 ) = -52 | -2
-9 s = -54 | : (-9)

s = 6

L={(6 |2 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 6s und die Seilbahngondel nach 2s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 6s bei ( 10 4 0.9 ) +6 ( -9 -4 0.1 ) = ( -44 -20 1.5 ) , während die Seilbahngondel nach 2s bei ( -42 -24 0.5 ) +2 ( -1 2 0.2 ) = ( -44 -20 0.9 ) ist.

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

1.5 - 0.9 = 0.6 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|-10|30) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (60|70|70) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 9s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( 80 80 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -20 -10 30 ) +t ( 80 80 40 ) 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 30 ) +9 ( 80 80 40 ) = ( 700 710 390 ) , also im Punkt P(700|710|390).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (200|-250|150) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2160km/h in Richtung des Punktes B (2200|1750|1150) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt sie im Punkt B an?

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Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 2160000 m 3600 s = 600 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 2000 2000 1000 ) ist 2000 2 + 20002 + 1000 2 = 9000000 = 3000 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 600 m s . braucht er für diese Strecke 3000 600 s = 5s.
Punkt B wird als nach 5s erreicht.