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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-250|250|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (150|650|200) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 9s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 400 400 200 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 400 400 200 ) = ( 100 100 50 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -250 250 0 ) +t ( 100 100 50 ) 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 = ( -250 250 0 ) +9 ( 100 100 50 ) = ( 650 1150 450 ) , also im Punkt P(650|1150|450).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|-50|40) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-80|-170|100) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 8min 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 = ( 40 -50 40 ) +t ( -40 -40 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 8 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 40 -50 40 ) +8 ( -40 -40 20 ) = ( -280 -370 200 ) , also im Punkt P(-280|-370|200).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(40|-50|40) nach P(-280|-370|200) bewegt, also um den Vektor AP = ( -320 -320 160 ) . Dessen Länge ist (-320) 2 + (-320)2 + 160 2 = 230400 = 480m.

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 (90|-80|80) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( 60 -60 30 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 60 -60 30 ) = ( 20 -20 10 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 20 2 + (-20)2 + 10 2 = 900 = 30.
Die Geschwindigkeit ist also v=30 m min = 1.8 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (150|-250|250) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (1350|-1450|850) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 6850m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 1200 -1200 600 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 1200 -1200 600 ) = ( 300 -300 150 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 150 -250 250 ) +t ( 300 -300 150 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 150m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 250 auf 6850m (also 6600m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 6600 150 s = 44s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|-50|200) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1980km/h in Richtung des Punktes B (2350|3550|1000) (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 = ( 2400 3600 800 ) ist 2400 2 + 36002 + 800 2 = 19360000 = 4400 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 550 m s . braucht er für diese Strecke 4400 550 s = 8s.
Punkt B wird als nach 8s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-6|18|0) (alle Angaben in Meter). Da der Wind extrem gleichmäßig ist, fliegt er mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn. Nach 3min ist er im Punkt B (-78|90|36) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 3,6 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3 min den Vektor AB = ( -72 72 36 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -72 72 36 ) = ( -24 24 12 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -6 18 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 3.6 km braucht es also 3600 36 min = 100min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -6 18 0 ) +100 ( -24 24 12 ) = ( -2406 2418 1200 ) , also im Punkt P(-2406|2418|1200).

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

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 9 10 0 ) +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 (18|14|-2) . Nach 3s ist sie im Punkt B (3|8|16) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 2s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 3s den Vektor AB = ( -15 -6 18 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -15 -6 18 ) = ( -5 -2 6 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 18 14 -2 ) +t ( -5 -2 6 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2s an der Stelle P1 ( 9 10 0 ) +2 ( -5 0 5 ) = ( -1 10 10 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 18 14 -2 ) +2 ( -5 -2 6 ) = ( 8 10 10 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-1|10|10) und P2(8|10|10):
P1P2 = ( 8-( - 1 ) 10-10 10-10 ) = ( 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 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 10 0,5 ) +t ( 3 8 0,5 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-28|67|1,4) . Nach 5h ist er im Punkt B (22|82|3,4) 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 5h den Vektor AB = ( 50 15 2 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 5 ( 50 15 2 ) = ( 10 3 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -28 67 1.4 ) +t ( 10 3 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:

0,5t +0,5 = 0,4t +1,4 | -0,5 -0,4t
0,1t = 0,9 |:0,1
t = 9

nach 9 h sind also beide auf gleicher Höhe: 0,59 +0,5 = 5 = 0,49 +1,4


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -16 -55 1,4 ) +t ( 4 10 0,2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (4|-7|0,7) . Nach 2h ist er im Punkt B (4|-3|1,3) angelangt. Bei beiden soll angenommen werden, dass sie sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn fortbewegen.
Die Partyheißluftballone sprühen einen pinken Farbstoff aus, so dass ihre Flugbahn noch einige Zeit später zu erkennen ist. Ein Beobachter steht direkt senkrecht unter dem scheinbaren Schnittpunkt der beiden Flugbahnen der Ballone. Wie hoch ist an dieser Stelle der Höhenunterschied der beiden Flugbahnen tatsächlich?

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Der Heißluftballon F2 legt in 2h den Vektor AB = ( 0 4 0.6 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 2 ( 0 4 0.6 ) = ( 0 2 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 4 -7 0.7 ) +t ( 0 2 0.3 ) 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.

( -16 -55 1.4 ) +s ( 4 10 0.2 ) = ( 4 -7 0.7 ) +t ( 0 2 0.3 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-16+4s= 4+0t-55+10s= -7+2t

4s = 20 (I) 10s -2t = 48 (II)
4s = 20 (I) 10s -2t = 48 (II)

langsame Rechnung einblenden5·(I) -2·(II)

4s = 20 (I) ( 20 -20 )s +(0 +4 )t = ( 100 -96 ) (II)
4s = 20 (I) +4t = 4 (II)
Zeile (II): +4t = 4

t = 1

eingesetzt in Zeile (I):

4s = 20

s = 5

L={(5 |1 )}

Das heißt also, dass der Heißluftballon F1 nach 5h und der Heißluftballon F2 nach 1h an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

der Heißluftballon F1 ist also nach 5h bei ( -16 -55 1.4 ) +5 ( 4 10 0.2 ) = ( 4 -5 2.4 ) , während der Heißluftballon F2 nach 1h bei ( 4 -7 0.7 ) +1 ( 0 2 0.3 ) = ( 4 -5 1 ) ist.

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

2.4 - 1 = 1.4 km

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (19|12|-11) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (16|10|-7) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 6 6 -2 ) +t ( -3 -1 4 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 1min von einander entfernt?

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Der Heißluftballon legt in 1min den Vektor AB = ( -3 -2 4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 19 12 -11 ) +t ( -3 -2 4 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 1min an der Stelle P1 ( 6 6 -2 ) +1 ( -3 -1 4 ) = ( 3 5 2 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( 19 12 -11 ) +1 ( -3 -2 4 ) = ( 16 10 -7 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(3|5|2) und P2(16|10|-7):
P1P2 = ( 16-3 10-5 -7-2 ) = ( 13 5 -9 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 13 5 -9 ) | = 13 2 + 52 + (-9) 2 = 275 ≈ 16.583123951777

Der Abstand ist also ca. 16.58 m.

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 6 2 0 ) +t ( -6 -5 8 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (22|14|-13) . Nach 1s ist sie im Punkt B (16|8|-5) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 3s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 1s den Vektor AB = ( -6 -6 8 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 22 14 -13 ) +t ( -6 -6 8 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 3s an der Stelle P1 ( 6 2 0 ) +3 ( -6 -5 8 ) = ( -12 -13 24 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 22 14 -13 ) +3 ( -6 -6 8 ) = ( 4 -4 11 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-12|-13|24) und P2(4|-4|11):
P1P2 = ( 4-( - 12 ) -4-( - 13 ) 11-24 ) = ( 16 9 -13 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 16 9 -13 ) | = 16 2 + 92 + (-13) 2 = 506 ≈ 22.494443758404

Der Abstand ist also ca. 22.49 m.