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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (250|150|200) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-550|-650|600) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 12s?

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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.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 250 150 200 ) +t ( -200 -200 100 ) 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 = ( 250 150 200 ) +12 ( -200 -200 100 ) = ( -2150 -2250 1400 ) , also im Punkt P(-2150|-2250|1400).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|-20|0) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-140|-180|80) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 6min geflogen?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 20 -20 0 ) +t ( -80 -80 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 6 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 20 -20 0 ) +6 ( -80 -80 40 ) = ( -460 -500 240 ) , also im Punkt P(-460|-500|240).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(20|-20|0) nach P(-460|-500|240) bewegt, also um den Vektor AP = ( -480 -480 240 ) . Dessen Länge ist (-480) 2 + (-480)2 + 240 2 = 518400 = 720m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|-40|10) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (180|40|30) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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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. Dieser Vektor hat die Länge = 80 2 + 402 + 10 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m s = 324 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|-250|200) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-550|350|500) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 2300m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( -600 600 300 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -600 600 300 ) = ( -200 200 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 50 -250 200 ) +t ( -200 200 100 ) 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 200 auf 2300m (also 2100m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 2100 100 s = 21s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-250|200|50) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1620km/h in Richtung des Punktes B (550|1600|850) (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= 1620000 m 3600 s = 450 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 800 1400 800 ) ist 800 2 + 14002 + 800 2 = 3240000 = 1800 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 450 m s . braucht er für diese Strecke 1800 450 s = 4s.
Punkt B wird als nach 4s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Uboot startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (9|-15|0) (alle Angaben in Meter). Nach 3min geradliniger Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit ist es im Punkt B (-54|-51|-36) angelangt.
Wie tief ist das Uboot, wenn es 2,16 km zurückgelegt hat? (bitte als Höhe angeben, also mit negativem Vorzeichen)

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Das Bewegungsobjekt legt in 3 min den Vektor AB = ( -63 -36 -36 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -63 -36 -36 ) = ( -21 -12 -12 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 9 -15 0 ) +t ( -21 -12 -12 ) 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 = (-21) 2 + (-12)2 + (-12) 2 = 729 = 27.
Die Geschwindigkeit ist also v=27 m min
Für die Strecke von 2.16 km braucht es also 2160 27 min = 80min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 9 -15 0 ) +80 ( -21 -12 -12 ) = ( -1671 -975 -960 ) , also im Punkt P(-1671|-975|-960).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also -960 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -1 3 2 ) +t ( -5 0 5 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (13|9|-6) . Nach 2min ist es im Punkt B (3|5|6) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 5min von einander entfernt?

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F2 legt in 2min den Vektor AB = ( -10 -4 12 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -10 -4 12 ) = ( -5 -2 6 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 13 9 -6 ) +t ( -5 -2 6 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 5min an der Stelle P1 ( -1 3 2 ) +5 ( -5 0 5 ) = ( -26 3 27 ) ; F2 an der Stelle P2 ( 13 9 -6 ) +5 ( -5 -2 6 ) = ( -12 -1 24 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-26|3|27) und P2(-12|-1|24):
P1P2 = ( -12-( - 26 ) -1-3 24-27 ) = ( 14 -4 -3 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 14 -4 -3 ) | = 14 2 + (-4)2 + (-3) 2 = 221 ≈ 14.866068747319

Der Abstand ist also ca. 14.87 km.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 4 -4 0,9 ) +t ( 9 3 0,1 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (34|14|0,3) . Nach 2h ist er im Punkt B (40|8|0,7) 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 2h den Vektor AB = ( 6 -6 0.4 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 2 ( 6 -6 0.4 ) = ( 3 -3 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 34 14 0.3 ) +t ( 3 -3 0.2 ) 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 +0,9 = 0,2t +0,3 | -0,9 -0,2t
-0,1t = -0,6 |:(-0,1 )
t = 6

nach 6 h sind also beide auf gleicher Höhe: 0,16 +0,9 = 1.5 = 0,26 +0,3


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|-5|0,6) . Nach 3s ist sie im Punkt B (34|-32|1,8) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 33 -32 1,4 ) +t ( -7 9 0,3 ) . (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 3s den Vektor AB = ( 24 -27 1.2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 24 -27 1.2 ) = ( 8 -9 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 10 -5 0.6 ) +t ( 8 -9 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.

( 33 -32 1.4 ) +s ( -7 9 0.3 ) = ( 10 -5 0.6 ) +t ( 8 -9 0.4 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

33-7s= 10+8t-32+9s= -5-9t

-7s -8t = -23 (I) 9s +9t = 27 (II)
-7s -8t = -23 (I) 9s +9t = 27 (II)

langsame Rechnung einblenden9·(I) + 7·(II)

-7s -8t = -23 (I) ( -63 +63 )s +( -72 +63 )t = ( -207 +189 ) (II)
-7s -8t = -23 (I) -9t = -18 (II)
Zeile (II): -9t = -18

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

-7s -8·(2 ) = -23 | +16
-7 s = -7 | : (-7)

s = 1

L={(1 |2 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 1s und die Seilbahngondel nach 2s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 1s bei ( 33 -32 1.4 ) +1 ( -7 9 0.3 ) = ( 26 -23 1.7 ) , während die Seilbahngondel nach 2s bei ( 10 -5 0.6 ) +2 ( 8 -9 0.4 ) = ( 26 -23 1.4 ) ist.

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

1.7 - 1.4 = 0.3 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|-40|30) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (90|-200|50) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 3min?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 10 -40 30 ) +t ( 40 -80 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 3 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 10 -40 30 ) +3 ( 40 -80 10 ) = ( 130 -280 60 ) , also im Punkt P(130|-280|60).

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|10|40) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-120|-70|60) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 5s?

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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 = ( 40 10 40 ) +t ( -80 -40 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 5 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 40 10 40 ) +5 ( -80 -40 10 ) = ( -360 -190 90 ) , also im Punkt P(-360|-190|90).