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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (200|-100|150) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-1200|-1300|1350) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 12s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -1400 -1200 1200 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -1400 -1200 1200 ) = ( -350 -300 300 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 200 -100 150 ) +t ( -350 -300 300 ) 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 = ( 200 -100 150 ) +12 ( -350 -300 300 ) = ( -4000 -3700 3750 ) , also im Punkt P(-4000|-3700|3750).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|-10|40) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-130|-130|100) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 7min geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( -120 -120 60 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -120 -120 60 ) = ( -40 -40 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 -10 40 ) +t ( -40 -40 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 = ( -10 -10 40 ) +7 ( -40 -40 20 ) = ( -290 -290 180 ) , also im Punkt P(-290|-290|180).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-10|-10|40) nach P(-290|-290|180) bewegt, also um den Vektor AP = ( -280 -280 140 ) . Dessen Länge ist (-280) 2 + (-280)2 + 140 2 = 176400 = 420m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (100|-250|50) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-300|150|250) angelangt.
Wie hoch ist die Geschwindigkeit der Rakete in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -400 400 200 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-400) 2 + 4002 + 200 2 = 360000 = 600.
Die Geschwindigkeit ist also v=600 m s = 2160 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 2s ist es im Punkt B (-950|-550|550) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 2950m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -800 -800 400 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -800 -800 400 ) = ( -400 -400 200 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -150 250 150 ) +t ( -400 -400 200 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 200m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 150 auf 2950m (also 2800m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 2800 200 s = 14s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|-10|40) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 432km/h in Richtung des Punktes B (450|-410|240) (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= 432000 m 3600 s = 120 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 400 -400 200 ) ist 400 2 + (-400)2 + 200 2 = 360000 = 600 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 120 m s . braucht er für diese Strecke 600 120 s = 5s.
Punkt B wird als nach 5s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Uboot startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (15|6|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4min geradliniger Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit ist es im Punkt B (-81|102|-48) angelangt.
Wie tief ist das Uboot, wenn es 6,48 km zurückgelegt hat? (bitte als Höhe angeben, also mit negativem Vorzeichen)

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Das Bewegungsobjekt legt in 4 min den Vektor AB = ( -96 96 -48 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( -96 96 -48 ) = ( -24 24 -12 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 15 6 0 ) +t ( -24 24 -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 = (-24) 2 + 242 + (-12) 2 = 1296 = 36.
Die Geschwindigkeit ist also v=36 m min
Für die Strecke von 6.48 km braucht es also 6480 36 min = 180min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 15 6 0 ) +180 ( -24 24 -12 ) = ( -4305 4326 -2160 ) , also im Punkt P(-4305|4326|-2160).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also -2160 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -7 -4 0 ) +t ( -5 5 0 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (2|-6|4) . Nach 4min ist es im Punkt B (-18|18|-4) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 2min von einander entfernt?

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F2 legt in 4min den Vektor AB = ( -20 24 -8 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( -20 24 -8 ) = ( -5 6 -2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 2 -6 4 ) +t ( -5 6 -2 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 2min an der Stelle P1 ( -7 -4 0 ) +2 ( -5 5 0 ) = ( -17 6 0 ) ; F2 an der Stelle P2 ( 2 -6 4 ) +2 ( -5 6 -2 ) = ( -8 6 0 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-17|6|0) und P2(-8|6|0):
P1P2 = ( -8-( - 17 ) 6-6 0-0 ) = ( 9 0 0 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 9 0 0 ) | = 9 2 + 02 + 0 2 = 81 = 9

Der Abstand ist also ca. 9 km.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 9 8 0,9 ) +t ( 5 0 0,1 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (54|23|0,1) . Nach 4h ist er im Punkt B (38|11|0,9) 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 = ( -16 -12 0.8 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 4 ( -16 -12 0.8 ) = ( -4 -3 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 54 23 0.1 ) +t ( -4 -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 +0,1 | -0,9 -0,2t
-0,1t = -0,8 |:(-0,1 )
t = 8

nach 8 h sind also beide auf gleicher Höhe: 0,18 +0,9 = 1.7 = 0,28 +0,1


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (147|64|2,5) . Nach 1s ist sie im Punkt B (137|63|2,6) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 3 10 0,7 ) +t ( 6 5 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 1s den Vektor AB = ( -10 -1 0.1 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 147 64 2.5 ) +t ( -10 -1 0.1 ) 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.

( 3 10 0.7 ) +s ( 6 5 0.3 ) = ( 147 64 2.5 ) +t ( -10 -1 0.1 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

3+6s= 147-10t10+5s= 64-1t

6s +10t = 144 (I) 5s +t = 54 (II)
6s +10t = 144 (I) 5s +t = 54 (II)

langsame Rechnung einblenden5·(I) -6·(II)

6s 10t = 144 (I) ( 30 -30 )s +( 50 -6 )t = ( 720 -324 ) (II)
6s +10t = 144 (I) +44t = 396 (II)
Zeile (II): +44t = 396

t = 9

eingesetzt in Zeile (I):

6s +10·(9 ) = 144 | -90
6 s = 54 | : 6

s = 9

L={(9 |9 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 9s und die Seilbahngondel nach 9s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 9s bei ( 3 10 0.7 ) +9 ( 6 5 0.3 ) = ( 57 55 3.4 ) , während die Seilbahngondel nach 9s bei ( 147 64 2.5 ) +9 ( -10 -1 0.1 ) = ( 57 55 3.4 ) ist.

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

3.4 - 3.4 = 0 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|0|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (260|180|110) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 12min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( 270 180 60 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 270 180 60 ) = ( 90 60 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 0 50 ) +t ( 90 60 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 12 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -10 0 50 ) +12 ( 90 60 20 ) = ( 1070 720 290 ) , also im Punkt P(1070|720|290).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 1 -2 0 ) +t ( -10 11 -2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (39|-30|16) . Nach 5min ist es im Punkt B (-11|30|-4) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 1min von einander entfernt?

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F2 legt in 5min den Vektor AB = ( -50 60 -20 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 5 ( -50 60 -20 ) = ( -10 12 -4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 39 -30 16 ) +t ( -10 12 -4 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 1min an der Stelle P1 ( 1 -2 0 ) +1 ( -10 11 -2 ) = ( -9 9 -2 ) ; F2 an der Stelle P2 ( 39 -30 16 ) +1 ( -10 12 -4 ) = ( 29 -18 12 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-9|9|-2) und P2(29|-18|12):
P1P2 = ( 29-( - 9 ) -18-9 12-( - 2 ) ) = ( 38 -27 14 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 38 -27 14 ) | = 38 2 + (-27)2 + 14 2 = 2369 ≈ 48.672374094552

Der Abstand ist also ca. 48.67 km.