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|-150|250) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-300|-350|300) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 8s?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -400 -200 50 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 100 -150 250 ) +t ( -400 -200 50 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 8 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 100 -150 250 ) +8 ( -400 -200 50 ) = ( -3100 -1750 650 ) , also im Punkt P(-3100|-1750|650).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|50|20) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (100|10|60) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 11s seit seinem Start zurückgelegt?

Lösung einblenden

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 30 50 20 ) +t ( 70 -40 40 ) 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 = ( 30 50 20 ) +11 ( 70 -40 40 ) = ( 800 -390 460 ) , also im Punkt P(800|-390|460).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(30|50|20) nach P(800|-390|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 (50|-30|10) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (290|210|130) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( 240 240 120 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 240 240 120 ) = ( 80 80 40 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 80 2 + 802 + 40 2 = 14400 = 120.
Die Geschwindigkeit ist also v=120 m min = 7.2 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|30|40) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (140|-30|80) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 520m erreicht?

Lösung einblenden

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 = ( 20 30 40 ) +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 40 auf 520m (also 480m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 480 20 min = 24min lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|-40|20) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 432km/h in Richtung des Punktes B (-120|-200|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= 432000 m 3600 s = 120 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -160 -160 80 ) ist (-160) 2 + (-160)2 + 80 2 = 57600 = 240 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 120 m s . braucht er für diese Strecke 240 120 s = 2s.
Punkt B wird als nach 2s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-6|30|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 (48|66|12) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 6,6 km zurückgelegt hat?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1 min den Vektor AB = ( 54 36 12 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -6 30 0 ) +t ( 54 36 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 = 54 2 + 362 + 12 2 = 4356 = 66.
Die Geschwindigkeit ist also v=66 m min
Für die Strecke von 6.6 km braucht es also 6600 66 min = 100min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -6 30 0 ) +100 ( 54 36 12 ) = ( 5394 3630 1200 ) , also im Punkt P(5394|3630|1200).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 1200 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -6 -5 -2 ) +t ( -2 11 -80 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|-33|239) . Nach 4min ist es im Punkt B (-6|15|-81) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 3min von einander entfernt?

Lösung einblenden

F2 legt in 4min den Vektor AB = ( -16 48 -320 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( -16 48 -320 ) = ( -4 12 -80 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 10 -33 239 ) +t ( -4 12 -80 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 3min an der Stelle P1 ( -6 -5 -2 ) +3 ( -2 11 -80 ) = ( -12 28 -242 ) ; F2 an der Stelle P2 ( 10 -33 239 ) +3 ( -4 12 -80 ) = ( -2 3 -1 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-12|28|-242) und P2(-2|3|-1):
P1P2 = ( -2-( - 12 ) 3-28 -1-( - 242 ) ) = ( 10 -25 241 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 10 -25 241 ) | = 10 2 + (-25)2 + 241 2 = 58806 ≈ 242.49948453553

Der Abstand ist also ca. 242.5 km.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 5 1 ) +t ( -9 0 0,2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-89|-51|0) . Nach 2min ist es im Punkt B (-83|-35|0,8) angelangt.
Wann sind die beiden Flugzeuge auf gleicher Höhe?

Lösung einblenden

Das Flugzeug F2 legt in 2min den Vektor AB = ( 6 16 0.8 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( 6 16 0.8 ) = ( 3 8 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -89 -51 0 ) +t ( 3 8 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 = 0,4t +0
0,2t +1 = 0,4t | -1 -0,4t
-0,2t = -1 |:(-0,2 )
t = 5

nach 5 min sind also beide auf gleicher Höhe: 0,25 +1 = 2 = 0,45 +0


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-9|-50|1,7) . Nach 4s ist sie im Punkt B (7|-14|2,5) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 10 -9 0,7 ) +t ( -1 -2 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.

Lösung einblenden

Die Seilbahngondel legt in 4s den Vektor AB = ( 16 36 0.8 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 16 36 0.8 ) = ( 4 9 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -9 -50 1.7 ) +t ( 4 9 0.2 ) 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.

( 10 -9 0.7 ) +s ( -1 -2 0.3 ) = ( -9 -50 1.7 ) +t ( 4 9 0.2 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

10-1s= -9+4t-9-2s= -50+9t

-1s -4t = -19 (I) -2s -9t = -41 (II)
-1s -4t = -19 (I) -2s -9t = -41 (II)

langsame Rechnung einblenden2·(I) -1·(II)

-1s -4t = -19 (I) ( -2 +2 )s +( -8 +9 )t = ( -38 +41 ) (II)
-1s -4t = -19 (I) +t = 3 (II)
Zeile (II): +t = 3

t = 3

eingesetzt in Zeile (I):

-1s -4·(3 ) = -19 | +12
-1 s = -7 | : (-1)

s = 7

L={(7 |3 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 7s und die Seilbahngondel nach 3s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 7s bei ( 10 -9 0.7 ) +7 ( -1 -2 0.3 ) = ( 3 -23 2.8 ) , während die Seilbahngondel nach 3s bei ( -9 -50 1.7 ) +3 ( 4 9 0.2 ) = ( 3 -23 2.3 ) ist.

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

2.8 - 2.3 = 0.5 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (150|150|200) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-750|1050|650) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 11s?

Lösung einblenden

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 = ( 150 150 200 ) +t ( -300 300 150 ) 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 = ( 150 150 200 ) +11 ( -300 300 150 ) = ( -3150 3450 1850 ) , also im Punkt P(-3150|3450|1850).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|20|30) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (90|110|50) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 6min geflogen?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( 60 90 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 30 20 30 ) +t ( 60 90 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 6 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 30 20 30 ) +6 ( 60 90 20 ) = ( 390 560 150 ) , also im Punkt P(390|560|150).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(30|20|30) nach P(390|560|150) bewegt, also um den Vektor AP = ( 360 540 120 ) . Dessen Länge ist 360 2 + 5402 + 120 2 = 435600 = 660m.