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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|0|150) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (1000|-1200|750) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 8s?

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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 = ( -200 0 150 ) +t ( 300 -300 150 ) 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 = ( -200 0 150 ) +8 ( 300 -300 150 ) = ( 2200 -2400 1350 ) , also im Punkt P(2200|-2400|1350).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|-40|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (260|80|80) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 7min geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4min den Vektor AB = ( 240 120 80 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 240 120 80 ) = ( 60 30 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 20 -40 0 ) +t ( 60 30 20 ) 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 = ( 20 -40 0 ) +7 ( 60 30 20 ) = ( 440 170 140 ) , also im Punkt P(440|170|140).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(20|-40|0) nach P(440|170|140) bewegt, also um den Vektor AP = ( 420 210 140 ) . Dessen Länge ist 420 2 + 2102 + 140 2 = 240100 = 490m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|250|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (1600|1050|200) angelangt.
Wie hoch ist die Geschwindigkeit der Rakete in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 1600 800 200 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 1600 800 200 ) = ( 400 200 50 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 400 2 + 2002 + 50 2 = 202500 = 450.
Die Geschwindigkeit ist also v=450 m s = 1620 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|-50|0) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (220|-230|90) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 720m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 180 -180 90 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 180 -180 90 ) = ( 60 -60 30 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 40 -50 0 ) +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 0 auf 720m (also 720m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 720 30 s = 24s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-250|250|200) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2160km/h in Richtung des Punktes B (-3850|-3350|2000) (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 = ( -3600 -3600 1800 ) ist (-3600) 2 + (-3600)2 + 1800 2 = 29160000 = 5400 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 600 m s . braucht er für diese Strecke 5400 600 s = 9s.
Punkt B wird als nach 9s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (18|-6|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 (-78|90|48) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 7,2 km zurückgelegt hat?

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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 = ( 18 -6 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 + 482 + 24 2 = 5184 = 72.
Die Geschwindigkeit ist also v=72 m min
Für die Strecke von 7.2 km braucht es also 7200 72 min = 100min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 18 -6 0 ) +100 ( -48 48 24 ) = ( -4782 4794 2400 ) , also im Punkt P(-4782|4794|2400).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 2400 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 5 9 1 ) +t ( -15 5 0 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (22|9|6) . Nach 1min ist es im Punkt B (7|15|4) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 5min von einander entfernt?

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F2 legt in 1min den Vektor AB = ( -15 6 -2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 22 9 6 ) +t ( -15 6 -2 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 5min an der Stelle P1 ( 5 9 1 ) +5 ( -15 5 0 ) = ( -70 34 1 ) ; F2 an der Stelle P2 ( 22 9 6 ) +5 ( -15 6 -2 ) = ( -53 39 -4 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-70|34|1) und P2(-53|39|-4):
P1P2 = ( -53-( - 70 ) 39-34 -4-1 ) = ( 17 5 -5 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 17 5 -5 ) | = 17 2 + 52 + (-5) 2 = 339 ≈ 18.411952639522

Der Abstand ist also ca. 18.41 km.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 9 -2 0,8 ) +t ( -4 -3 0,2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (26|22|0,1) . Nach 4h ist er im Punkt B (-2|-14|1,3) 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 4h den Vektor AB = ( -28 -36 1.2 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 4 ( -28 -36 1.2 ) = ( -7 -9 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 26 22 0.1 ) +t ( -7 -9 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 +0,1 | -0,8 -0,3t
-0,1t = -0,7 |:(-0,1 )
t = 7

nach 7 h sind also beide auf gleicher Höhe: 0,27 +0,8 = 2.2 = 0,37 +0,1


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-59|57|0) . Nach 2s ist sie im Punkt B (-45|39|0,4) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 2 -10 0,9 ) +t ( -8 8 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.

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Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( 14 -18 0.4 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 14 -18 0.4 ) = ( 7 -9 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -59 57 0 ) +t ( 7 -9 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.

( 2 -10 0.9 ) +s ( -8 8 0.1 ) = ( -59 57 0 ) +t ( 7 -9 0.2 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

2-8s= -59+7t-10+8s= 57-9t

-8s -7t = -61 (I) 8s +9t = 67 (II)
-8s -7t = -61 (I) 8s +9t = 67 (II)

langsame Rechnung einblenden1·(I) + 1·(II)

-8s -7t = -61 (I) ( -8 +8 )s +( -7 +9 )t = ( -61 +67 ) (II)
-8s -7t = -61 (I) +2t = 6 (II)
Zeile (II): +2t = 6

t = 3

eingesetzt in Zeile (I):

-8s -7·(3 ) = -61 | +21
-8 s = -40 | : (-8)

s = 5

L={(5 |3 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 5s und die Seilbahngondel nach 3s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 5s bei ( 2 -10 0.9 ) +5 ( -8 8 0.1 ) = ( -38 30 1.4 ) , während die Seilbahngondel nach 3s bei ( -59 57 0 ) +3 ( 7 -9 0.2 ) = ( -38 30 0.6 ) ist.

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

1.4 - 0.6 = 0.8 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|100|100) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (1150|1300|700) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 12s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 1200 1200 600 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 1200 1200 600 ) = ( 400 400 200 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 100 100 ) +t ( 400 400 200 ) 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 = ( -50 100 100 ) +12 ( 400 400 200 ) = ( 4750 4900 2500 ) , also im Punkt P(4750|4900|2500).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (1|0|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 43,2km/h in Richtung des Punktes B (17|-16|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= 43200 m 3600 s = 12 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 16 -16 -8 ) ist 16 2 + (-16)2 + (-8) 2 = 576 = 24 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 12 m s . braucht er für diese Strecke 24 12 s = 2s.
Punkt B wird als nach 2s erreicht.