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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|-10|20) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (110|-330|60) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 5s?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 -10 20 ) +t ( 40 -80 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 5 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -50 -10 20 ) +5 ( 40 -80 10 ) = ( 150 -410 70 ) , also im Punkt P(150|-410|70).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|30|0) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-200|-90|30) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 9min geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( -240 -120 30 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -240 -120 30 ) = ( -80 -40 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 40 30 0 ) +t ( -80 -40 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 = ( 40 30 0 ) +9 ( -80 -40 10 ) = ( -680 -330 90 ) , also im Punkt P(-680|-330|90).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(40|30|0) nach P(-680|-330|90) bewegt, also um den Vektor AP = ( -720 -360 90 ) . Dessen Länge ist (-720) 2 + (-360)2 + 90 2 = 656100 = 810m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|-50|50) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-50|10|70) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( -30 60 20 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-30) 2 + 602 + 20 2 = 4900 = 70.
Die Geschwindigkeit ist also v=70 m min = 4.2 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|-50|40) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (60|-190|120) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 600m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2min den Vektor AB = ( 80 -140 80 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( 80 -140 80 ) = ( 40 -70 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -20 -50 40 ) +t ( 40 -70 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 40m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 40 auf 600m (also 560m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 560 40 min = 14min lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|-30|0) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 324km/h in Richtung des Punktes B (-220|-270|120) (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= 324000 m 3600 s = 90 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -240 -240 120 ) ist (-240) 2 + (-240)2 + 120 2 = 129600 = 360 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 90 m s . braucht er für diese Strecke 360 90 s = 4s.
Punkt B wird als nach 4s 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 (186|-168|48) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 9,24 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4 min den Vektor AB = ( 216 -144 48 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 216 -144 48 ) = ( 54 -36 12 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -30 -24 0 ) +t ( 54 -36 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 = 54 2 + (-36)2 + 12 2 = 4356 = 66.
Die Geschwindigkeit ist also v=66 m min
Für die Strecke von 9.24 km braucht es also 9240 66 min = 140min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -30 -24 0 ) +140 ( 54 -36 12 ) = ( 7530 -5064 1680 ) , also im Punkt P(7530|-5064|1680).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 1680 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-14|7|31) (alle Angaben in Meter). Nach 5min ist er im Punkt B (16|-3|-44) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -8 0 -1 ) +t ( 5 0 -15 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 2min von einander entfernt?

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Der Heißluftballon legt in 5min den Vektor AB = ( 30 -10 -75 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 5 ( 30 -10 -75 ) = ( 6 -2 -15 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -14 7 31 ) +t ( 6 -2 -15 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2min an der Stelle P1 ( -8 0 -1 ) +2 ( 5 0 -15 ) = ( 2 0 -31 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( -14 7 31 ) +2 ( 6 -2 -15 ) = ( -2 3 1 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(2|0|-31) und P2(-2|3|1):
P1P2 = ( -2-2 3-0 1-( - 31 ) ) = ( -4 3 32 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -4 3 32 ) | = (-4) 2 + 32 + 32 2 = 1049 ≈ 32.388269481403

Der Abstand ist also ca. 32.39 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -2 7 0,5 ) +t ( -4 -6 0,5 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (38|19|1,9) . Nach 3h ist er im Punkt B (8|-2|2,8) 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 3h den Vektor AB = ( -30 -21 0.9 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 3 ( -30 -21 0.9 ) = ( -10 -7 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 38 19 1.9 ) +t ( -10 -7 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 +1,9 | -0,5 -0,3t
0,2t = 1,4 |:0,2
t = 7

nach 7 h sind also beide auf gleicher Höhe: 0,57 +0,5 = 4 = 0,37 +1,9


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (14|5|0) . Nach 3s ist sie im Punkt B (-7|17|0,6) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 0 -7 1 ) +t ( 0 10 0,1 ) . (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 3s den Vektor AB = ( -21 12 0.6 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -21 12 0.6 ) = ( -7 4 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 14 5 0 ) +t ( -7 4 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.

( 0 -7 1 ) +s ( 0 10 0.1 ) = ( 14 5 0 ) +t ( -7 4 0.2 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

0+0s= 14-7t-7+10s= 5+4t

+7t = 14 (I) 10s -4t = 12 (II)
+7t = 14 (I) 10s -4t = 12 (II)

Wir tauschen die Zeilen 1 und 2, um auf die gewünschte Dreiecksform zu kommen.

10s -4t = 12 (I) +7t = 14 (II)
0 s +7 t = +14 (I) 10 s -4 t = +12 (II)
10s -4t = 12 (I) +7t = 14 (II)
Zeile (II): +7t = 14

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

10s -4·(2 ) = 12 | +8
10 s = 20 | : 10

s = 2

L={(2 |2 )}

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

die Drohne ist also nach 2s bei ( 0 -7 1 ) +2 ( 0 10 0.1 ) = ( 0 13 1.2 ) , während die Seilbahngondel nach 2s bei ( 14 5 0 ) +2 ( -7 4 0.2 ) = ( 0 13 0.4 ) ist.

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

1.2 - 0.4 = 0.8 m

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 4 7 0 ) +t ( -2 11 -10 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (11|1|16) . Nach 3s ist sie im Punkt B (-1|37|-14) 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 = ( -12 36 -30 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -12 36 -30 ) = ( -4 12 -10 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 11 1 16 ) +t ( -4 12 -10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2s an der Stelle P1 ( 4 7 0 ) +2 ( -2 11 -10 ) = ( 0 29 -20 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 11 1 16 ) +2 ( -4 12 -10 ) = ( 3 25 -4 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(0|29|-20) und P2(3|25|-4):
P1P2 = ( 3-0 25-29 -4-( - 20 ) ) = ( 3 -4 16 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 3 -4 16 ) | = 3 2 + (-4)2 + 16 2 = 281 ≈ 16.76305461424

Der Abstand ist also ca. 16.76 m.

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (2|93|-115) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (2|-67|125) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 0 4 -1 ) +t ( 3 -40 59 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 2min von einander entfernt?

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Der Heißluftballon legt in 4min den Vektor AB = ( 0 -160 240 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 0 -160 240 ) = ( 0 -40 60 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 2 93 -115 ) +t ( 0 -40 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2min an der Stelle P1 ( 0 4 -1 ) +2 ( 3 -40 59 ) = ( 6 -76 117 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( 2 93 -115 ) +2 ( 0 -40 60 ) = ( 2 13 5 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(6|-76|117) und P2(2|13|5):
P1P2 = ( 2-6 13-( - 76 ) 5-117 ) = ( -4 89 -112 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -4 89 -112 ) | = (-4) 2 + 892 + (-112) 2 = 20481 ≈ 143.11184437355

Der Abstand ist also ca. 143.11 m.