nach Aufgabentypen suchen

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

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

Ort nach t Zeiteinheiten

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 (90|40|60) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 11s?

Lösung einblenden

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 10 -40 20 ) +t ( 40 40 20 ) 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 = ( 10 -40 20 ) +11 ( 40 40 20 ) = ( 450 400 240 ) , also im Punkt P(450|400|240).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|10|20) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-110|-70|100) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 11min geflogen?

Lösung einblenden

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 30 10 20 ) +t ( -70 -40 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 11 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 30 10 20 ) +11 ( -70 -40 40 ) = ( -740 -430 460 ) , also im Punkt P(-740|-430|460).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(30|10|20) nach P(-740|-430|460) bewegt, also um den Vektor AP = ( -770 -440 440 ) . Dessen Länge ist (-770) 2 + (-440)2 + 440 2 = 980100 = 990m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|-20|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-180|-140|170) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( -210 -120 120 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -210 -120 120 ) = ( -70 -40 40 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-70) 2 + (-40)2 + 40 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m min = 5.4 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|30|20) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-120|150|80) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 440m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2min den Vektor AB = ( -120 120 60 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -120 120 60 ) = ( -60 60 30 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 30 20 ) +t ( -60 60 30 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 30m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 20 auf 440m (also 420m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 420 30 min = 14min lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|50|20) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 324km/h in Richtung des Punktes B (-670|-270|100) (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 = ( -640 -320 80 ) ist (-640) 2 + (-320)2 + 80 2 = 518400 = 720 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 90 m s . braucht er für diese Strecke 720 90 s = 8s.
Punkt B wird als nach 8s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|20|40) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (40|-40|60) angelangt.
Welche (absolute) Höhe hat das Flugzeug, wenn es 12,6 km zurückgelegt hat?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1 s den Vektor AB = ( 30 -60 20 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 10 20 40 ) +t ( 30 -60 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 = 30 2 + (-60)2 + 20 2 = 4900 = 70.
Die Geschwindigkeit ist also v=70 m s
Für die Strecke von 12.6 km braucht es also 12600 70 s = 180s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 10 20 40 ) +180 ( 30 -60 20 ) = ( 5410 -10780 3640 ) , also im Punkt P(5410|-10780|3640).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 3640 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-2|47|-52) (alle Angaben in Meter). Nach 5min ist er im Punkt B (-2|-153|248) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -4 -2 2 ) +t ( 3 -40 59 ) . (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 5min den Vektor AB = ( 0 -200 300 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 5 ( 0 -200 300 ) = ( 0 -40 60 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -2 47 -52 ) +t ( 0 -40 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 5min an der Stelle P1 ( -4 -2 2 ) +5 ( 3 -40 59 ) = ( 11 -202 297 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( -2 47 -52 ) +5 ( 0 -40 60 ) = ( -2 -153 248 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(11|-202|297) und P2(-2|-153|248):
P1P2 = ( -2-11 -153-( - 202 ) 248-297 ) = ( -13 49 -49 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -13 49 -49 ) | = (-13) 2 + 492 + (-49) 2 = 4971 ≈ 70.505318948289

Der Abstand ist also ca. 70.51 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|-23|1,7) . Nach 3s ist sie im Punkt B (-4|-11|2) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 0 -9 0,8 ) +t ( 2 7 0,2 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn).
Wann sind die Seilbahngondel und die Drohne auf gleicher Höhe?

Lösung einblenden

Die Seilbahngondel legt in 3s den Vektor AB = ( 6 12 0.3 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 6 12 0.3 ) = ( 2 4 0.1 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -10 -23 1.7 ) +t ( 2 4 0.1 ) 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 = 0,1t +1,7 | -0,8 -0,1t
0,1t = 0,9 |:0,1
t = 9

nach 9 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,29 +0,8 = 2.6 = 0,19 +1,7


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -27 39 1,4 ) +t ( 0 -2 0,4 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (8|9|0,5) . Nach 1min ist es im Punkt B (1|13|1) angelangt.
Ein Beobachter steht direkt senkrecht unter dem scheinbaren Schnittpunkt der beiden Flugbahnen. Wie hoch ist an dieser Stelle der Höhenunterschied der beiden Flugbahnen tatsächlich?

Lösung einblenden

Das Flugzeug F2 legt in 1min den Vektor AB = ( -7 4 0.5 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 8 9 0.5 ) +t ( -7 4 0.5 ) 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.

( -27 39 1.4 ) +s ( 0 -2 0.4 ) = ( 8 9 0.5 ) +t ( -7 4 0.5 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-27+0s= 8-7t39-2s= 9+4t

+7t = 35 (I) -2s -4t = -30 (II)
+7t = 35 (I) -2s -4t = -30 (II)

Wir tauschen die Zeilen 1 und 2, um auf die gewünschte Dreiecksform zu kommen.

-2s -4t = -30 (I) +7t = 35 (II)
0 s +7 t = +35 (I) -2 s -4 t = -30 (II)
-2s -4t = -30 (I) +7t = 35 (II)
Zeile (II): +7t = 35

t = 5

eingesetzt in Zeile (I):

-2s -4·(5 ) = -30 | +20
-2 s = -10 | : (-2)

s = 5

L={(5 |5 )}

Das heißt also, dass das Flugzeug F1 nach 5min und das Flugzeug F2 nach 5min an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

das Flugzeug F1 ist also nach 5min bei ( -27 39 1.4 ) +5 ( 0 -2 0.4 ) = ( -27 29 3.4 ) , während das Flugzeug F2 nach 5min bei ( 8 9 0.5 ) +5 ( -7 4 0.5 ) = ( -27 29 3 ) 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 = 0.4 km

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|-40|40) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (200|50|100) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 10min geflogen?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( 180 90 60 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 180 90 60 ) = ( 60 30 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 20 -40 40 ) +t ( 60 30 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 10 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 20 -40 40 ) +10 ( 60 30 20 ) = ( 620 260 240 ) , also im Punkt P(620|260|240).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(20|-40|40) nach P(620|260|240) bewegt, also um den Vektor AP = ( 600 300 200 ) . Dessen Länge ist 600 2 + 3002 + 200 2 = 490000 = 700m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-40|0|50) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (100|120|170) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2min den Vektor AB = ( 140 120 120 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( 140 120 120 ) = ( 70 60 60 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 70 2 + 602 + 60 2 = 12100 = 110.
Die Geschwindigkeit ist also v=110 m min = 6.6 km h