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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|-30|30) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (40|-90|60) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 10s?

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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 -30 30 ) +t ( 20 -20 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 10 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -20 -30 30 ) +10 ( 20 -20 10 ) = ( 180 -230 130 ) , also im Punkt P(180|-230|130).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (100|-200|0) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-300|-600|200) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 7s geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -400 -400 200 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -400 -400 200 ) = ( -200 -200 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 100 -200 0 ) +t ( -200 -200 100 ) 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 -200 0 ) +7 ( -200 -200 100 ) = ( -1300 -1600 700 ) , also im Punkt P(-1300|-1600|700).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(100|-200|0) nach P(-1300|-1600|700) bewegt, also um den Vektor AP = ( -1400 -1400 700 ) . Dessen Länge ist (-1400) 2 + (-1400)2 + 700 2 = 4410000 = 2100m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|40|20) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-150|200|100) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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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. Dieser Vektor hat die Länge = (-80) 2 + 802 + 40 2 = 14400 = 120.
Die Geschwindigkeit ist also v=120 m s = 432 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (150|-250|150) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (1050|-1150|600) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 4650m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 900 -900 450 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 900 -900 450 ) = ( 300 -300 150 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 150 -250 150 ) +t ( 300 -300 150 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 150m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 150 auf 4650m (also 4500m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 4500 150 s = 30s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|30|20) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 396km/h in Richtung des Punktes B (-760|-510|200) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt es im Punkt B an?

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Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 396000 m 3600 s = 110 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -810 -540 180 ) ist (-810) 2 + (-540)2 + 180 2 = 980100 = 990 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 110 m s . braucht er für diese Strecke 990 110 s = 9s.
Punkt B wird als nach 9s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|-30|50) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-70|-110|90) angelangt.
Welche (absolute) Höhe hat das Flugzeug, wenn es 14,4 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2 s den Vektor AB = ( -80 -80 40 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -80 -80 40 ) = ( -40 -40 20 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 10 -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 14.4 km braucht es also 14400 60 s = 240s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 10 -30 50 ) +240 ( -40 -40 20 ) = ( -9590 -9630 4850 ) , also im Punkt P(-9590|-9630|4850).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 4850 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -6 10 0 ) +t ( -27 16 -1 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (82|-31|4) . Nach 2s ist sie im Punkt B (26|1|4) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 4s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( -56 32 0 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -56 32 0 ) = ( -28 16 0 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 82 -31 4 ) +t ( -28 16 0 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 4s an der Stelle P1 ( -6 10 0 ) +4 ( -27 16 -1 ) = ( -114 74 -4 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 82 -31 4 ) +4 ( -28 16 0 ) = ( -30 33 4 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-114|74|-4) und P2(-30|33|4):
P1P2 = ( -30-( - 114 ) 33-74 4-( - 4 ) ) = ( 84 -41 8 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 84 -41 8 ) | = 84 2 + (-41)2 + 8 2 = 8801 ≈ 93.813645062965

Der Abstand ist also ca. 93.81 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -1 -3 0,6 ) +t ( 0 4 0,4 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (29|-27|1,6) . Nach 3min ist es im Punkt B (14|-3|2,2) angelangt.
Wann sind die beiden Flugzeuge auf gleicher Höhe?

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Das Flugzeug F2 legt in 3min den Vektor AB = ( -15 24 0.6 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -15 24 0.6 ) = ( -5 8 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 29 -27 1.6 ) +t ( -5 8 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:

0,4t +0,6 = 0,2t +1,6 | -0,6 -0,2t
0,2t = 1 |:0,2
t = 5

nach 5 min sind also beide auf gleicher Höhe: 0,45 +0,6 = 2.6 = 0,25 +1,6


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-24|-27|2,5) . Nach 2s ist sie im Punkt B (-28|-41|3,1) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 8 -7 0,5 ) +t ( -5 -6 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 2s den Vektor AB = ( -4 -14 0.6 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -4 -14 0.6 ) = ( -2 -7 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -24 -27 2.5 ) +t ( -2 -7 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.

( 8 -7 0.5 ) +s ( -5 -6 0.5 ) = ( -24 -27 2.5 ) +t ( -2 -7 0.3 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

8-5s= -24-2t-7-6s= -27-7t

-5s +2t = -32 (I) -6s +7t = -20 (II)
-5s +2t = -32 (I) -6s +7t = -20 (II)

langsame Rechnung einblenden6·(I) -5·(II)

-5s 2t = -32 (I) ( -30 +30 )s +( 12 -35 )t = ( -192 +100 ) (II)
-5s +2t = -32 (I) -23t = -92 (II)
Zeile (II): -23t = -92

t = 4

eingesetzt in Zeile (I):

-5s +2·(4 ) = -32 | -8
-5 s = -40 | : (-5)

s = 8

L={(8 |4 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 8s und die Seilbahngondel nach 4s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 8s bei ( 8 -7 0.5 ) +8 ( -5 -6 0.5 ) = ( -32 -55 4.5 ) , während die Seilbahngondel nach 4s bei ( -24 -27 2.5 ) +4 ( -2 -7 0.3 ) = ( -32 -55 3.7 ) ist.

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

4.5 - 3.7 = 0.8 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|-20|20) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (20|-90|60) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 4min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( 40 -70 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -20 -20 20 ) +t ( 40 -70 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 4 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -20 -20 20 ) +4 ( 40 -70 40 ) = ( 140 -300 180 ) , also im Punkt P(140|-300|180).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|-10|50) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 108km/h in Richtung des Punktes B (-70|-30|60) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt es im Punkt B an?

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Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 108000 m 3600 s = 30 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -20 -20 10 ) ist (-20) 2 + (-20)2 + 10 2 = 900 = 30 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 30 m s . braucht er für diese Strecke 30 30 s = 1s.
Punkt B wird als nach 1s erreicht.