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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|40|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (-370|-200|80) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 12min?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 40 0 ) +t ( -90 -60 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 = ( -10 40 0 ) +12 ( -90 -60 20 ) = ( -1090 -680 240 ) , also im Punkt P(-1090|-680|240).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|-20|30) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (100|-140|90) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 10min geflogen?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -20 -20 30 ) +t ( 60 -60 30 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 10 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -20 -20 30 ) +10 ( 60 -60 30 ) = ( 580 -620 330 ) , also im Punkt P(580|-620|330).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-20|-20|30) nach P(580|-620|330) bewegt, also um den Vektor AP = ( 600 -600 300 ) . Dessen Länge ist 600 2 + (-600)2 + 300 2 = 810000 = 900m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|50|30) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-70|90|40) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -80 40 10 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-80) 2 + 402 + 10 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m s = 324 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|-40|10) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-130|40|50) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 450m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -80 80 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 -40 10 ) +t ( -80 80 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 40m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 10 auf 450m (also 440m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 440 40 s = 11s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (100|150|0) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1980km/h in Richtung des Punktes B (1000|-450|200) (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 = ( 900 -600 200 ) ist 900 2 + (-600)2 + 200 2 = 1210000 = 1100 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 550 m s . braucht er für diese Strecke 1100 550 s = 2s.
Punkt B wird als nach 2s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|30|20) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (130|-150|110) angelangt.
Welche (absolute) Höhe hat das Flugzeug, wenn es 19,8 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3 s den Vektor AB = ( 180 -180 90 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 180 -180 90 ) = ( 60 -60 30 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -50 30 20 ) +t ( 60 -60 30 ) 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 = 60 2 + (-60)2 + 30 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m s
Für die Strecke von 19.8 km braucht es also 19800 90 s = 220s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -50 30 20 ) +220 ( 60 -60 30 ) = ( 13150 -13170 6620 ) , also im Punkt P(13150|-13170|6620).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 6620 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (4|41|-10) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (22|5|14) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 10 10 0 ) +t ( 7 -12 7 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 4min von einander entfernt?

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Der Heißluftballon legt in 3min den Vektor AB = ( 18 -36 24 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 18 -36 24 ) = ( 6 -12 8 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 4 41 -10 ) +t ( 6 -12 8 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 4min an der Stelle P1 ( 10 10 0 ) +4 ( 7 -12 7 ) = ( 38 -38 28 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( 4 41 -10 ) +4 ( 6 -12 8 ) = ( 28 -7 22 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(38|-38|28) und P2(28|-7|22):
P1P2 = ( 28-38 -7-( - 38 ) 22-28 ) = ( -10 31 -6 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -10 31 -6 ) | = (-10) 2 + 312 + (-6) 2 = 1097 ≈ 33.120990323358

Der Abstand ist also ca. 33.12 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 0 0,5 ) +t ( 1 10 0,5 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|74|1,7) . Nach 1min ist es im Punkt B (16|78|2) angelangt.
Wann sind die beiden Flugzeuge auf gleicher Höhe?

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Das Flugzeug F2 legt in 1min den Vektor AB = ( -4 4 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 20 74 1.7 ) +t ( -4 4 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:

0,5t +0,5 = 0,3t +1,7 | -0,5 -0,3t
0,2t = 1,2 |:0,2
t = 6

nach 6 min sind also beide auf gleicher Höhe: 0,56 +0,5 = 3.5 = 0,36 +1,7


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (46|10|1,2) . Nach 1s ist sie im Punkt B (45|8|1,3) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 7 -5 0,8 ) +t ( 4 1 0,2 ) . (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 1s den Vektor AB = ( -1 -2 0.1 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 46 10 1.2 ) +t ( -1 -2 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.

( 7 -5 0.8 ) +s ( 4 1 0.2 ) = ( 46 10 1.2 ) +t ( -1 -2 0.1 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

7+4s= 46-1t-5+1s= 10-2t

4s +t = 39 (I) s +2t = 15 (II)
4s +t = 39 (I) s +2t = 15 (II)

langsame Rechnung einblenden1·(I) -4·(II)

4s 1t = 39 (I) ( 4 -4 )s +( 1 -8 )t = ( 39 -60 ) (II)
4s +t = 39 (I) -7t = -21 (II)
Zeile (II): -7t = -21

t = 3

eingesetzt in Zeile (I):

4s +(3 ) = 39 | -3
4 s = 36 | : 4

s = 9

L={(9 |3 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 9s und die Seilbahngondel nach 3s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 9s bei ( 7 -5 0.8 ) +9 ( 4 1 0.2 ) = ( 43 4 2.6 ) , während die Seilbahngondel nach 3s bei ( 46 10 1.2 ) +3 ( -1 -2 0.1 ) = ( 43 4 1.5 ) ist.

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

2.6 - 1.5 = 1.1 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|10|10) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (-170|-310|50) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 9min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4min den Vektor AB = ( -160 -320 40 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( -160 -320 40 ) = ( -40 -80 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 10 10 ) +t ( -40 -80 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 9 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -10 10 10 ) +9 ( -40 -80 10 ) = ( -370 -710 100 ) , also im Punkt P(-370|-710|100).

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|0|10) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-20|-20|20) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -20 -20 10 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-20) 2 + (-20)2 + 10 2 = 900 = 30.
Die Geschwindigkeit ist also v=30 m s = 108 km h