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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|0|50) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (390|240|130) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 9s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 360 240 80 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 360 240 80 ) = ( 90 60 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 30 0 50 ) +t ( 90 60 20 ) 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 = ( 30 0 50 ) +9 ( 90 60 20 ) = ( 840 540 230 ) , also im Punkt P(840|540|230).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|-20|10) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-160|-140|50) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 7min geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2min den Vektor AB = ( -180 -120 40 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -180 -120 40 ) = ( -90 -60 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 20 -20 10 ) +t ( -90 -60 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 = ( 20 -20 10 ) +7 ( -90 -60 20 ) = ( -610 -440 150 ) , also im Punkt P(-610|-440|150).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(20|-20|10) nach P(-610|-440|150) bewegt, also um den Vektor AP = ( -630 -420 140 ) . Dessen Länge ist (-630) 2 + (-420)2 + 140 2 = 592900 = 770m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|150|150) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (550|1350|300) angelangt.
Wie hoch ist die Geschwindigkeit der Rakete in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 600 1200 150 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 600 1200 150 ) = ( 200 400 50 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 200 2 + 4002 + 50 2 = 202500 = 450.
Die Geschwindigkeit ist also v=450 m s = 1620 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|-200|0) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-550|-400|200) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 2200m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -350 -200 200 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -200 -200 0 ) +t ( -350 -200 200 ) 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 0 auf 2200m (also 2200m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 2200 200 s = 11s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|10|20) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 396km/h in Richtung des Punktes B (210|-200|200) (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= 396000 m 3600 s = 110 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 180 -210 180 ) ist 180 2 + (-210)2 + 180 2 = 108900 = 330 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 110 m s . braucht er für diese Strecke 330 110 s = 3s.
Punkt B wird als nach 3s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|-20|20) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (30|20|30) angelangt.
Welche (absolute) Höhe hat das Flugzeug, wenn es 7,2 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1 s den Vektor AB = ( 80 40 10 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -50 -20 20 ) +t ( 80 40 10 ) 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 = 80 2 + 402 + 10 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m s
Für die Strecke von 7.2 km braucht es also 7200 90 s = 80s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -50 -20 20 ) +80 ( 80 40 10 ) = ( 6350 3180 820 ) , also im Punkt P(6350|3180|820).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 820 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 3 10 0 ) +t ( 0 5 -5 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (11|6|18) . Nach 2s ist sie im Punkt B (7|18|8) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 1s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( -4 12 -10 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -4 12 -10 ) = ( -2 6 -5 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 11 6 18 ) +t ( -2 6 -5 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 1s an der Stelle P1 ( 3 10 0 ) +1 ( 0 5 -5 ) = ( 3 15 -5 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 11 6 18 ) +1 ( -2 6 -5 ) = ( 9 12 13 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(3|15|-5) und P2(9|12|13):
P1P2 = ( 9-3 12-15 13-( - 5 ) ) = ( 6 -3 18 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 6 -3 18 ) | = 6 2 + (-3)2 + 18 2 = 369 ≈ 19.209372712299

Der Abstand ist also ca. 19.21 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -10 -4 0,9 ) +t ( 1 0 0,1 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-16|68|0) . Nach 3min ist es im Punkt B (-13|44|0,6) angelangt.
Wann sind die beiden Flugzeuge auf gleicher Höhe?

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Das Flugzeug F2 legt in 3min den Vektor AB = ( 3 -24 0.6 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 3 -24 0.6 ) = ( 1 -8 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -16 68 0 ) +t ( 1 -8 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
0,1t +0,9 = 0,2t | -0,9 -0,2t
-0,1t = -0,9 |:(-0,1 )
t = 9

nach 9 min sind also beide auf gleicher Höhe: 0,19 +0,9 = 1.8 = 0,29 +0


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-33|23|1,5) . Nach 3s ist sie im Punkt B (-21|17|2,1) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 5 7 0,7 ) +t ( -3 1 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 3s den Vektor AB = ( 12 -6 0.6 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 12 -6 0.6 ) = ( 4 -2 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -33 23 1.5 ) +t ( 4 -2 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.

( 5 7 0.7 ) +s ( -3 1 0.3 ) = ( -33 23 1.5 ) +t ( 4 -2 0.2 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

5-3s= -33+4t7+1s= 23-2t

-3s -4t = -38 (I) s +2t = 16 (II)
-3s -4t = -38 (I) s +2t = 16 (II)

langsame Rechnung einblenden1·(I) + 3·(II)

-3s -4t = -38 (I) ( -3 +3 )s +( -4 +6 )t = ( -38 +48 ) (II)
-3s -4t = -38 (I) +2t = 10 (II)
Zeile (II): +2t = 10

t = 5

eingesetzt in Zeile (I):

-3s -4·(5 ) = -38 | +20
-3 s = -18 | : (-3)

s = 6

L={(6 |5 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 6s und die Seilbahngondel nach 5s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 6s bei ( 5 7 0.7 ) +6 ( -3 1 0.3 ) = ( -13 13 2.5 ) , während die Seilbahngondel nach 5s bei ( -33 23 1.5 ) +5 ( 4 -2 0.2 ) = ( -13 13 2.5 ) ist.

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

2.5 - 2.5 = 0 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (200|0|100) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (1100|1050|1000) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 11s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 900 1050 900 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 900 1050 900 ) = ( 300 350 300 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 200 0 100 ) +t ( 300 350 300 ) 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 = ( 200 0 100 ) +11 ( 300 350 300 ) = ( 3500 3850 3400 ) , also im Punkt P(3500|3850|3400).

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 1 -5 0,7 ) +t ( -5 -5 0,3 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-24|-28|2,3) . Nach 3min ist es im Punkt B (-39|-46|2,6) angelangt.
Wann sind die beiden Flugzeuge auf gleicher Höhe?

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Das Flugzeug F2 legt in 3min den Vektor AB = ( -15 -18 0.3 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -15 -18 0.3 ) = ( -5 -6 0.1 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -24 -28 2.3 ) +t ( -5 -6 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:

0,3t +0,7 = 0,1t +2,3 | -0,7 -0,1t
0,2t = 1,6 |:0,2
t = 8

nach 8 min sind also beide auf gleicher Höhe: 0,38 +0,7 = 3.1 = 0,18 +2,3