nach Aufgabentypen suchen

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Browserfenster aktualisieren (F5), um neue Beispiele bei den Aufgabentypen zu sehen

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (100|-100|150) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (1300|1700|550) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 6s?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 1200 1800 400 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 1200 1800 400 ) = ( 300 450 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 100 -100 150 ) +t ( 300 450 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 6 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 100 -100 150 ) +6 ( 300 450 100 ) = ( 1900 2600 750 ) , also im Punkt P(1900|2600|750).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|40|40) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-210|120|60) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 4min geflogen?

Lösung einblenden

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 40 40 ) +t ( -80 40 10 ) 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 = ( -50 40 40 ) +4 ( -80 40 10 ) = ( -370 200 80 ) , also im Punkt P(-370|200|80).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-50|40|40) nach P(-370|200|80) bewegt, also um den Vektor AP = ( -320 160 40 ) . Dessen Länge ist (-320) 2 + 1602 + 40 2 = 129600 = 360m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|-10|30) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (110|-70|90) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( 70 -60 60 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 70 2 + (-60)2 + 60 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 (-10|-10|40) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (130|-90|120) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 520m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( 140 -80 80 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 140 -80 80 ) = ( 70 -40 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 -10 40 ) +t ( 70 -40 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 40m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 40 auf 520m (also 480m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 480 40 s = 12s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-5|-5|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 43,2km/h in Richtung des Punktes B (-45|35|634) (alle Koordinatenangaben in Meter). Ihre Bewegungsbahn soll als geradlinig angenommen werden.
Wann kommt die Seilbahngondel im Punkt B an?

Lösung einblenden

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 = ( -40 40 -20 ) ist (-40) 2 + 402 + (-20) 2 = 3600 = 60 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 12 m s . braucht er für diese Strecke 60 12 s = 5s.
Punkt B wird als nach 5s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|10|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-180|-170|140) angelangt.
Welche (absolute) Höhe hat das Flugzeug, wenn es 12,6 km zurückgelegt hat?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3 s den Vektor AB = ( -180 -180 90 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -180 -180 90 ) = ( -60 -60 30 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 0 10 50 ) +t ( -60 -60 30 ) 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 = (-60) 2 + (-60)2 + 30 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m s
Für die Strecke von 12.6 km braucht es also 12600 90 s = 140s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 0 10 50 ) +140 ( -60 -60 30 ) = ( -8400 -8390 4250 ) , also im Punkt P(-8400|-8390|4250).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 4250 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (8|10|10) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (14|8|5) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 8 5 -1 ) +t ( 5 0 -5 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 5min von einander entfernt?

Lösung einblenden

Der Heißluftballon legt in 1min den Vektor AB = ( 6 -2 -5 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 8 10 10 ) +t ( 6 -2 -5 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 5min an der Stelle P1 ( 8 5 -1 ) +5 ( 5 0 -5 ) = ( 33 5 -26 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( 8 10 10 ) +5 ( 6 -2 -5 ) = ( 38 0 -15 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(33|5|-26) und P2(38|0|-15):
P1P2 = ( 38-33 0-5 -15-( - 26 ) ) = ( 5 -5 11 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 5 -5 11 ) | = 5 2 + (-5)2 + 11 2 = 171 ≈ 13.076696830622

Der Abstand ist also ca. 13.08 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -9 2 1,6 ) +t ( -4 8 0,1 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-87|62|0) . Nach 2h ist er im Punkt B (-73|66|0,6) 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?

Lösung einblenden

Der Heißluftballon F2 legt in 2h den Vektor AB = ( 14 4 0.6 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 2 ( 14 4 0.6 ) = ( 7 2 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -87 62 0 ) +t ( 7 2 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:

0,1t +1,6 = 0,3t +0
0,1t +1,6 = 0,3t | -1,6 -0,3t
-0,2t = -1,6 |:(-0,2 )
t = 8

nach 8 h sind also beide auf gleicher Höhe: 0,18 +1,6 = 2.4 = 0,38 +0


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-9|-2|0,6) . Nach 5s ist sie im Punkt B (-4|-17|2,6) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -47 -16 2,6 ) +t ( 10 2 0,2 ) . (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 -15 2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( 5 -15 2 ) = ( 1 -3 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -9 -2 0.6 ) +t ( 1 -3 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.

( -47 -16 2.6 ) +s ( 10 2 0.2 ) = ( -9 -2 0.6 ) +t ( 1 -3 0.4 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-47+10s= -9+1t-16+2s= -2-3t

10s -1t = 38 (I) 2s +3t = 14 (II)
10s -1t = 38 (I) 2s +3t = 14 (II)

langsame Rechnung einblenden1·(I) -5·(II)

10s -1t = 38 (I) ( 10 -10 )s +( -1 -15 )t = ( 38 -70 ) (II)
10s -1t = 38 (I) -16t = -32 (II)
Zeile (II): -16t = -32

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

10s -1(2 ) = 38 | +2
10 s = 40 | : 10

s = 4

L={(4 |2 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 4s und die Seilbahngondel nach 2s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 4s bei ( -47 -16 2.6 ) +4 ( 10 2 0.2 ) = ( -7 -8 3.4 ) , während die Seilbahngondel nach 2s bei ( -9 -2 0.6 ) +2 ( 1 -3 0.4 ) = ( -7 -8 1.4 ) ist.

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

3.4 - 1.4 = 2 m

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|-30|10) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (210|150|190) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 1270m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( 210 180 180 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 210 180 180 ) = ( 70 60 60 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 -30 10 ) +t ( 70 60 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 60m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 10 auf 1270m (also 1260m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 1260 60 min = 21min lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|0|20) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 324km/h in Richtung des Punktes B (140|-320|60) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt es im Punkt B an?

Lösung einblenden

Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 324000 m 3600 s = 90 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 160 -320 40 ) ist 160 2 + (-320)2 + 40 2 = 129600 = 360 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 90 m s . braucht er für diese Strecke 360 90 s = 4s.
Punkt B wird als nach 4s erreicht.