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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-250|250|150) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (1350|-550|350) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 9s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 1600 -800 200 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 1600 -800 200 ) = ( 400 -200 50 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -250 250 150 ) +t ( 400 -200 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 = ( -250 250 150 ) +9 ( 400 -200 50 ) = ( 3350 -1550 600 ) , also im Punkt P(3350|-1550|600).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|250|200) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-1600|-550|1000) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 6s geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -1400 -800 800 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -1400 -800 800 ) = ( -350 -200 200 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -200 250 200 ) +t ( -350 -200 200 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 6 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -200 250 200 ) +6 ( -350 -200 200 ) = ( -2300 -950 1400 ) , also im Punkt P(-2300|-950|1400).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-200|250|200) nach P(-2300|-950|1400) bewegt, also um den Vektor AP = ( -2100 -1200 1200 ) . Dessen Länge ist (-2100) 2 + (-1200)2 + 1200 2 = 7290000 = 2700m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|20|40) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (340|340|200) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 320 320 160 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 320 320 160 ) = ( 80 80 40 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 80 2 + 802 + 40 2 = 14400 = 120.
Die Geschwindigkeit ist also v=120 m s = 432 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|-50|200) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (850|550|800) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 5000m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 1050 600 600 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 1050 600 600 ) = ( 350 200 200 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -200 -50 200 ) +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 200 auf 5000m (also 4800m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 4800 200 s = 24s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-4|5|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 32,4km/h in Richtung des Punktes B (52|-27|622) (alle Koordinatenangaben in Meter). Ihre Bewegungsbahn soll als geradlinig angenommen werden.
Wann kommt die Seilbahngondel im Punkt B an?

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Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 32400 m 3600 s = 9 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 56 -32 -32 ) ist 56 2 + (-32)2 + (-32) 2 = 5184 = 72 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 9 m s . braucht er für diese Strecke 72 9 s = 8s.
Punkt B wird als nach 8s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|-50|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (270|190|120) angelangt.
Welche Höhe hat das Flugzeug, wenn es 14,4 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4 s den Vektor AB = ( 240 240 120 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 240 240 120 ) = ( 60 60 30 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 30 -50 0 ) +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 + 602 + 30 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m s
Für die Strecke von 14.4 km braucht es also 14400 90 s = 160s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 30 -50 0 ) +160 ( 60 60 30 ) = ( 9630 9550 4800 ) , also im Punkt P(9630|9550|4800).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 4800 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (14|0|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (-34|32|24) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 2 0 ) +t ( -12 7 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 4min den Vektor AB = ( -48 32 24 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( -48 32 24 ) = ( -12 8 6 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 14 0 0 ) +t ( -12 8 6 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 4min an der Stelle P1 ( -5 2 0 ) +4 ( -12 7 7 ) = ( -53 30 28 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( 14 0 0 ) +4 ( -12 8 6 ) = ( -34 32 24 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-53|30|28) und P2(-34|32|24):
P1P2 = ( -34-( - 53 ) 32-30 24-28 ) = ( 19 2 -4 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 19 2 -4 ) | = 19 2 + 22 + (-4) 2 = 381 ≈ 19.519221295943

Der Abstand ist also ca. 19.52 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-35|39|1,5) . Nach 2s ist sie im Punkt B (-29|39|2,3) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 1 -3 0,5 ) +t ( -5 7 0,5 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn).
Wann sind die Seilbahngondel und die Drohne auf gleicher Höhe?

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Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( 6 0 0.8 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 6 0 0.8 ) = ( 3 0 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -35 39 1.5 ) +t ( 3 0 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 +1,5 | -0,5 -0,4t
0,1t = 1 |:0,1
t = 10

nach 10 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,510 +0,5 = 5.5 = 0,410 +1,5


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-61|18|0) . Nach 5s ist sie im Punkt B (-21|18|2) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 3 10 0,9 ) +t ( -6 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 5s den Vektor AB = ( 40 0 2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( 40 0 2 ) = ( 8 0 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -61 18 0 ) +t ( 8 0 0.4 ) 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.

( 3 10 0.9 ) +s ( -6 1 0.3 ) = ( -61 18 0 ) +t ( 8 0 0.4 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

3-6s= -61+8t10+1s= 18+0t

-6s -8t = -64 (I) s = 8 (II)
-6s -8t = -64 (I) s = 8 (II)

langsame Rechnung einblenden1·(I) + 6·(II)

-6s -8t = -64 (I) ( -6 +6 )s +( -8 +0)t = ( -64 +48 ) (II)
-6s -8t = -64 (I) -8t = -16 (II)
Zeile (II): -8t = -16

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

-6s -8·(2 ) = -64 | +16
-6 s = -48 | : (-6)

s = 8

L={(8 |2 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 8s und die Seilbahngondel nach 2s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 8s bei ( 3 10 0.9 ) +8 ( -6 1 0.3 ) = ( -45 18 3.3 ) , während die Seilbahngondel nach 2s bei ( -61 18 0 ) +2 ( 8 0 0.4 ) = ( -45 18 0.8 ) ist.

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

3.3 - 0.8 = 2.5 m

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (250|-50|0) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-100|-250|200) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 3s geflogen?

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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 = ( 250 -50 0 ) +t ( -350 -200 200 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 3 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 250 -50 0 ) +3 ( -350 -200 200 ) = ( -800 -650 600 ) , also im Punkt P(-800|-650|600).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(250|-50|0) nach P(-800|-650|600) bewegt, also um den Vektor AP = ( -1050 -600 600 ) . Dessen Länge ist (-1050) 2 + (-600)2 + 600 2 = 1822500 = 1350m.

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|-50|0) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (110|130|40) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 3min geflogen?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 -50 0 ) +t ( 60 90 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 3 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -10 -50 0 ) +3 ( 60 90 20 ) = ( 170 220 60 ) , also im Punkt P(170|220|60).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-10|-50|0) nach P(170|220|60) bewegt, also um den Vektor AP = ( 180 270 60 ) . Dessen Länge ist 180 2 + 2702 + 60 2 = 108900 = 330m.