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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|0|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (1350|-800|800) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 9s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 1400 -800 800 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 1400 -800 800 ) = ( 350 -200 200 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 0 0 ) +t ( 350 -200 200 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 9 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -50 0 0 ) +9 ( 350 -200 200 ) = ( 3100 -1800 1800 ) , also im Punkt P(3100|-1800|1800).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-40|30|10) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-120|-50|50) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 12min geflogen?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -40 30 10 ) +t ( -40 -40 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 = ( -40 30 10 ) +12 ( -40 -40 20 ) = ( -520 -450 250 ) , also im Punkt P(-520|-450|250).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-40|30|10) nach P(-520|-450|250) bewegt, also um den Vektor AP = ( -480 -480 240 ) . Dessen Länge ist (-480) 2 + (-480)2 + 240 2 = 518400 = 720m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-40|-40|40) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-130|20|60) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( -90 60 20 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-90) 2 + 602 + 20 2 = 12100 = 110.
Die Geschwindigkeit ist also v=110 m min = 6.6 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|20|40) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-50|-60|80) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 440m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -80 -80 40 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -80 -80 40 ) = ( -20 -20 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 30 20 40 ) +t ( -20 -20 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 440m (also 400m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 400 10 s = 40s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (150|-50|150) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1980km/h in Richtung des Punktes B (-1200|850|450) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt sie im Punkt B an?

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Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 1980000 m 3600 s = 550 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -1350 900 300 ) ist (-1350) 2 + 9002 + 300 2 = 2722500 = 1650 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 550 m s . braucht er für diese Strecke 1650 550 s = 3s.
Punkt B wird als nach 3s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-12|6|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 (36|54|24) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 2,88 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1 min den Vektor AB = ( 48 48 24 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -12 6 0 ) +t ( 48 48 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 = 48 2 + 482 + 24 2 = 5184 = 72.
Die Geschwindigkeit ist also v=72 m min
Für die Strecke von 2.88 km braucht es also 2880 72 min = 40min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -12 6 0 ) +40 ( 48 48 24 ) = ( 1908 1926 960 ) , also im Punkt P(1908|1926|960).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 960 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 8 6 -1 ) +t ( 5 0 -5 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (8|11|10) . Nach 4s ist sie im Punkt B (32|3|-10) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 4s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 4s den Vektor AB = ( 24 -8 -20 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 24 -8 -20 ) = ( 6 -2 -5 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 8 11 10 ) +t ( 6 -2 -5 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 4s an der Stelle P1 ( 8 6 -1 ) +4 ( 5 0 -5 ) = ( 28 6 -21 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 8 11 10 ) +4 ( 6 -2 -5 ) = ( 32 3 -10 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(28|6|-21) und P2(32|3|-10):
P1P2 = ( 32-28 3-6 -10-( - 21 ) ) = ( 4 -3 11 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 4 -3 11 ) | = 4 2 + (-3)2 + 11 2 = 146 ≈ 12.083045973595

Der Abstand ist also ca. 12.08 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (28|6|0) . Nach 4s ist sie im Punkt B (24|14|1,6) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 8 1 1,4 ) +t ( 2 1 0,2 ) . (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 4s den Vektor AB = ( -4 8 1.6 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -4 8 1.6 ) = ( -1 2 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 28 6 0 ) +t ( -1 2 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:

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

nach 7 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,27 +1,4 = 2.8 = 0,47 +0


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-57|-103|1,9) . Nach 2s ist sie im Punkt B (-61|-87|2,1) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 5 -9 0,7 ) +t ( -8 -6 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 2s den Vektor AB = ( -4 16 0.2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -4 16 0.2 ) = ( -2 8 0.1 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -57 -103 1.9 ) +t ( -2 8 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.

( 5 -9 0.7 ) +s ( -8 -6 0.3 ) = ( -57 -103 1.9 ) +t ( -2 8 0.1 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

5-8s= -57-2t-9-6s= -103+8t

-8s +2t = -62 (I) -6s -8t = -94 (II)
-8s +2t = -62 (I) -6s -8t = -94 (II)

langsame Rechnung einblenden3·(I) -4·(II)

-8s 2t = -62 (I) ( -24 +24 )s +( 6 +32 )t = ( -186 +376 ) (II)
-8s +2t = -62 (I) +38t = 190 (II)
Zeile (II): +38t = 190

t = 5

eingesetzt in Zeile (I):

-8s +2·(5 ) = -62 | -10
-8 s = -72 | : (-8)

s = 9

L={(9 |5 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 9s und die Seilbahngondel nach 5s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 9s bei ( 5 -9 0.7 ) +9 ( -8 -6 0.3 ) = ( -67 -63 3.4 ) , während die Seilbahngondel nach 5s bei ( -57 -103 1.9 ) +5 ( -2 8 0.1 ) = ( -67 -63 2.4 ) ist.

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

3.4 - 2.4 = 1 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|50|150) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-750|-750|550) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 6s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -800 -800 400 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -800 -800 400 ) = ( -200 -200 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 50 50 150 ) +t ( -200 -200 100 ) 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 = ( 50 50 150 ) +6 ( -200 -200 100 ) = ( -1150 -1150 750 ) , also im Punkt P(-1150|-1150|750).

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|-30|50) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-90|30|90) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 410m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2min den Vektor AB = ( -120 60 40 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -120 60 40 ) = ( -60 30 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 30 -30 50 ) +t ( -60 30 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 20m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 50 auf 410m (also 360m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 360 20 min = 18min lang steigen (bzw. sinken).