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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|50|40) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (140|-110|120) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 11s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( 160 -160 80 ) zurück.
In 1s 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 50 40 ) +t ( 80 -80 40 ) 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 = ( -20 50 40 ) +11 ( 80 -80 40 ) = ( 860 -830 480 ) , also im Punkt P(860|-830|480).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|-50|40) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (70|-110|70) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 5s 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 = ( 10 -50 40 ) +t ( 20 -20 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 = ( 10 -50 40 ) +5 ( 20 -20 10 ) = ( 110 -150 90 ) , also im Punkt P(110|-150|90).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(10|-50|40) nach P(110|-150|90) bewegt, also um den Vektor AP = ( 100 -100 50 ) . Dessen Länge ist 100 2 + (-100)2 + 50 2 = 22500 = 150m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-30|30) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (150|-300|90) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 180 -270 60 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 180 -270 60 ) = ( 60 -90 20 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 60 2 + (-90)2 + 20 2 = 12100 = 110.
Die Geschwindigkeit ist also v=110 m s = 396 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|-40|40) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (360|120|80) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 480m erreicht?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 40 -40 40 ) +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 40 auf 480m (also 440m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 440 10 s = 44s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|1|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 32,4km/h in Richtung des Punktes B (32|17|650) (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= 32400 m 3600 s = 9 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 32 16 -4 ) ist 32 2 + 162 + (-4) 2 = 1296 = 36 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 9 m s . braucht er für diese Strecke 36 9 s = 4s.
Punkt B wird als nach 4s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (6|-30|0) (alle Angaben in Meter). Da der Wind extrem gleichmäßig ist, fliegt er mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn. Nach 1min ist er im Punkt B (48|-54|24) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 6,48 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1 min den Vektor AB = ( 42 -24 24 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 6 -30 0 ) +t ( 42 -24 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 = 42 2 + (-24)2 + 24 2 = 2916 = 54.
Die Geschwindigkeit ist also v=54 m min
Für die Strecke von 6.48 km braucht es also 6480 54 min = 120min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 6 -30 0 ) +120 ( 42 -24 24 ) = ( 5046 -2910 2880 ) , also im Punkt P(5046|-2910|2880).

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

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -9 7 -2 ) +t ( 11 -80 -2 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-13|88|6) . Nach 4s ist sie im Punkt B (35|-232|-10) 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 = ( 48 -320 -16 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 48 -320 -16 ) = ( 12 -80 -4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -13 88 6 ) +t ( 12 -80 -4 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2s an der Stelle P1 ( -9 7 -2 ) +2 ( 11 -80 -2 ) = ( 13 -153 -6 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( -13 88 6 ) +2 ( 12 -80 -4 ) = ( 11 -72 -2 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(13|-153|-6) und P2(11|-72|-2):
P1P2 = ( 11-13 -72-( - 153 ) -2-( - 6 ) ) = ( -2 81 4 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -2 81 4 ) | = (-2) 2 + 812 + 4 2 = 6581 ≈ 81.123362849428

Der Abstand ist also ca. 81.12 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-28|-45|0,2) . Nach 1s ist sie im Punkt B (-27|-39|0,6) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 3 -3 0,7 ) +t ( -4 0 0,3 ) . (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 = ( 1 6 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -28 -45 0.2 ) +t ( 1 6 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:

0,3t +0,7 = 0,4t +0,2 | -0,7 -0,4t
-0,1t = -0,5 |:(-0,1 )
t = 5

nach 5 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,35 +0,7 = 2.2 = 0,45 +0,2


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-8|2|0,7) . Nach 2s ist sie im Punkt B (8|-16|1,3) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -4 8 1,7 ) +t ( 4 -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.

Lösung einblenden

Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( 16 -18 0.6 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 16 -18 0.6 ) = ( 8 -9 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -8 2 0.7 ) +t ( 8 -9 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.

( -4 8 1.7 ) +s ( 4 -8 0.1 ) = ( -8 2 0.7 ) +t ( 8 -9 0.3 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-4+4s= -8+8t8-8s= 2-9t

4s -8t = -4 (I) -8s +9t = -6 (II)
4s -8t = -4 (I) -8s +9t = -6 (II)

langsame Rechnung einblenden2·(I) + 1·(II)

4s -8t = -4 (I) ( 8 -8 )s +( -16 +9 )t = ( -8 -6 ) (II)
4s -8t = -4 (I) -7t = -14 (II)
Zeile (II): -7t = -14

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

4s -8·(2 ) = -4 | +16
4 s = 12 | : 4

s = 3

L={(3 |2 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 3s und die Seilbahngondel nach 2s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 3s bei ( -4 8 1.7 ) +3 ( 4 -8 0.1 ) = ( 8 -16 2 ) , während die Seilbahngondel nach 2s bei ( -8 2 0.7 ) +2 ( 8 -9 0.3 ) = ( 8 -16 1.3 ) ist.

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

2 - 1.3 = 0.7 m

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 (200|0|100) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 4s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( 100 -100 50 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 100 100 50 ) +t ( 100 -100 50 ) 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 ( 100 -100 50 ) = ( 500 -300 250 ) , also im Punkt P(500|-300|250).

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|-30|30) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-150|90|70) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -180 120 40 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -180 120 40 ) = ( -90 60 20 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-90) 2 + 602 + 20 2 = 12100 = 110.
Die Geschwindigkeit ist also v=110 m s = 396 km h