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 (0|-30|30) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-80|-190|50) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 11s?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB → = ( -80 -160 20 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ⋅ ( -80 -160 20 ) = ( -40 -80 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x → = ( 0 -30 30 ) +t⋅ ( -40 -80 10 ) 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 → = ( 0 -30 30 ) +11⋅ ( -40 -80 10 ) = ( -440 -910 140 ) , also im Punkt P(-440|-910|140).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (200|-200|200) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (300|-300|250) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 2s geflogen?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB → = ( 100 -100 50 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x → = ( 200 -200 200 ) +t⋅ ( 100 -100 50 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 2 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP → = ( 200 -200 200 ) +2⋅ ( 100 -100 50 ) = ( 400 -400 300 ) , also im Punkt P(400|-400|300).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(200|-200|200) nach P(400|-400|300) bewegt, also um den Vektor AP → = ( 200 -200 100 ) . Dessen Länge ist 200 2 + (-200)2 + 100 2 = 90000 = 300m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|-20|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (-250|140|160) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 4min den Vektor AB → = ( -280 160 160 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ⋅ ( -280 160 160 ) = ( -70 40 40 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-70) 2 + 402 + 40 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m min = 5.4 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|30|30) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (150|-110|150) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 1350m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB → = ( 120 -140 120 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ⋅ ( 120 -140 120 ) = ( 60 -70 60 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x → = ( 30 30 30 ) +t⋅ ( 60 -70 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 60m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 30 auf 1350m (also 1320m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 1320 60 s = 22s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (250|-50|200) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 540km/h in Richtung des Punktes B (1150|-950|650) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt sie im Punkt B an?

Lösung einblenden

Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 540000 m 3600 s = 150 m s .
Die Länge des Vektors AB → = ( 900 -900 450 ) ist 900 2 + (-900)2 + 450 2 = 1822500 = 1350 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 150 m s . braucht er für diese Strecke 1350 150 s = 9s.
Punkt B wird als nach 9s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-24|0) (alle Angaben in Meter). Da der Wind extrem gleichmäßig ist, fliegt er mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn. Nach 4min ist er im Punkt B (18|24|24) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 2,16 km zurückgelegt hat?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 4 min den Vektor AB → = ( 48 48 24 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ⋅ ( 48 48 24 ) = ( 12 12 6 ) zurück.
Die Geradengleichung x → = ( -30 -24 0 ) +t⋅ ( 12 12 6 ) 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 = 12 2 + 122 + 6 2 = 324 = 18.
Die Geschwindigkeit ist also v=18 m min
Für die Strecke von 2.16 km braucht es also 2160 18 min = 120min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP → = ( -30 -24 0 ) +120⋅ ( 12 12 6 ) = ( 1410 1416 720 ) , also im Punkt P(1410|1416|720).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 720 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x → = ( -8 10 0 ) +t⋅ ( 7 -12 7 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-18|41|-6) . Nach 3min ist es im Punkt B (6|5|12) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 3min von einander entfernt?

Lösung einblenden

F2 legt in 3min den Vektor AB → = ( 24 -36 18 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ⋅ ( 24 -36 18 ) = ( 8 -12 6 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x → = ( -18 41 -6 ) +t⋅ ( 8 -12 6 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 3min an der Stelle P1 ( -8 10 0 ) +3⋅ ( 7 -12 7 ) = ( 13 -26 21 ) ; F2 an der Stelle P2 ( -18 41 -6 ) +3⋅ ( 8 -12 6 ) = ( 6 5 12 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(13|-26|21) und P2(6|5|12):
P1P2 → = ( 6-13 5-( - 26 ) 12-21 ) = ( -7 31 -9 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 → | = | ( -7 31 -9 ) | = (-7) 2 + 312 + (-9) 2 = 1091 ≈ 33.030289129827

Der Abstand ist also ca. 33.03 km.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-32|24|1,2) . Nach 4s ist sie im Punkt B (0|-12|2,4) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x → = ( 6 -3 0,6 ) +t⋅ ( 1 -9 0,4 ) . (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 4s den Vektor AB → = ( 32 -36 1.2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ⋅ ( 32 -36 1.2 ) = ( 8 -9 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x → = ( -32 24 1.2 ) +t⋅ ( 8 -9 0.3 ) 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:

0,4t +0,6 = 0,3t +1,2 | -0,6 -0,3t
0,1t = 0,6 |:0,1
t = 6

nach 6 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,4⋅6 +0,6 = 3 = 0,3⋅6 +1,2


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x → = ( -1 0 1 ) +t⋅ ( -4 -8 0,1 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-47|-75|0) . Nach 1h ist er im Punkt B (-37|-72|0,2) 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?

Lösung einblenden

Der Heißluftballon F2 legt in 1h den Vektor AB → = ( 10 3 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x → = ( -47 -75 0 ) +t⋅ ( 10 3 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.

( -1 0 1 ) +s⋅ ( -4 -8 0.1 ) = ( -47 -75 0 ) +t⋅ ( 10 3 0.2 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-1-4s= -47+10t0-8s= -75+3t

-4s -10t = -46 (I) -8s -3t = -75 (II)
-4s -10t = -46 (I) -8s -3t = -75 (II)

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

-4s -10t = -46 (I) ( -8 +8 )s +( -20 +3 )t = ( -92 +75 ) (II)
-4s -10t = -46 (I) -17t = -17 (II)
Zeile (II): -17t = -17

t = 1

eingesetzt in Zeile (I):

-4s -10·(1 ) = -46 | +10
-4 s = -36 | : (-4)

s = 9

L={(9 |1 )}

Das heißt also, dass der Heißluftballon F1 nach 9h und der Heißluftballon F2 nach 1h an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

der Heißluftballon F1 ist also nach 9h bei ( -1 0 1 ) +9⋅ ( -4 -8 0.1 ) = ( -37 -72 1.9 ) , während der Heißluftballon F2 nach 1h bei ( -47 -75 0 ) +1⋅ ( 10 3 0.2 ) = ( -37 -72 0.2 ) ist.

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

1.9 - 0.2 = 1.7 km

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|20|20) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (270|-220|260) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 3140m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB → = ( 280 -240 240 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ⋅ ( 280 -240 240 ) = ( 70 -60 60 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x → = ( -10 20 20 ) +t⋅ ( 70 -60 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 60m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 20 auf 3140m (also 3120m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 3120 60 s = 52s lang steigen (bzw. sinken).

Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x → = ( -2 -1 0,8 ) +t⋅ ( 10 -1 0,2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (80|-15|1,5) . Nach 3h ist er im Punkt B (74|3|1,8) 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?

Lösung einblenden

Der Heißluftballon F2 legt in 3h den Vektor AB → = ( -6 18 0.3 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 3 ⋅ ( -6 18 0.3 ) = ( -2 6 0.1 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x → = ( 80 -15 1.5 ) +t⋅ ( -2 6 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.

( -2 -1 0.8 ) +s⋅ ( 10 -1 0.2 ) = ( 80 -15 1.5 ) +t⋅ ( -2 6 0.1 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-2+10s= 80-2t-1-1s= -15+6t

10s +2t = 82 (I) -1s -6t = -14 (II)
10s +2t = 82 (I) -1s -6t = -14 (II)

langsame Rechnung einblenden1·(I) + 10·(II)

10s 2t = 82 (I) ( 10 -10 )s +( 2 -60 )t = ( 82 -140 ) (II)
10s +2t = 82 (I) -58t = -58 (II)
Zeile (II): -58t = -58

t = 1

eingesetzt in Zeile (I):

10s +2·(1 ) = 82 | -2
10 s = 80 | : 10

s = 8

L={(8 |1 )}

Das heißt also, dass der Heißluftballon F1 nach 8h und der Heißluftballon F2 nach 1h an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

der Heißluftballon F1 ist also nach 8h bei ( -2 -1 0.8 ) +8⋅ ( 10 -1 0.2 ) = ( 78 -9 2.4 ) , während der Heißluftballon F2 nach 1h bei ( 80 -15 1.5 ) +1⋅ ( -2 6 0.1 ) = ( 78 -9 1.6 ) ist.

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

2.4 - 1.6 = 0.8 km