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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 (230|230|260) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 5s?

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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 = ( -50 -10 20 ) +t ( 70 60 60 ) 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 ( 70 60 60 ) = ( 300 290 320 ) , also im Punkt P(300|290|320).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|10|0) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-120|70|60) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 7min geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( -70 60 60 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 10 0 ) +t ( -70 60 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 7 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -50 10 0 ) +7 ( -70 60 60 ) = ( -540 430 420 ) , also im Punkt P(-540|430|420).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-50|10|0) nach P(-540|430|420) bewegt, also um den Vektor AP = ( -490 420 420 ) . Dessen Länge ist (-490) 2 + 4202 + 420 2 = 592900 = 770m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|20|10) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (110|100|50) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( 80 80 40 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 80 2 + 802 + 40 2 = 14400 = 120.
Die Geschwindigkeit ist also v=120 m min = 7.2 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|-30|30) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (270|-270|270) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 2910m erreicht?

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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 -30 30 ) +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 30 auf 2910m (also 2880m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 2880 60 s = 48s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|-150|200) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1620km/h in Richtung des Punktes B (-2000|-1950|1100) (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= 1620000 m 3600 s = 450 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -1800 -1800 900 ) ist (-1800) 2 + (-1800)2 + 900 2 = 7290000 = 2700 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 450 m s . braucht er für diese Strecke 2700 450 s = 6s.
Punkt B wird als nach 6s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Uboot startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (9|-6|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4min geradliniger Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit ist es im Punkt B (33|18|-12) angelangt.
Wie tief ist das Uboot, wenn es 2,16 km zurückgelegt hat? (bitte als Höhe angeben, also mit negativem Vorzeichen)

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Das Bewegungsobjekt legt in 4 min den Vektor AB = ( 24 24 -12 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 24 24 -12 ) = ( 6 6 -3 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 9 -6 0 ) +t ( 6 6 -3 ) 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 = 6 2 + 62 + (-3) 2 = 81 = 9.
Die Geschwindigkeit ist also v=9 m min
Für die Strecke von 2.16 km braucht es also 2160 9 min = 240min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 9 -6 0 ) +240 ( 6 6 -3 ) = ( 1449 1434 -720 ) , also im Punkt P(1449|1434|-720).

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

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -10 9 -1 ) +t ( 0 5 -40 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|-1|120) . Nach 1s ist sie im Punkt B (-2|5|80) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 4s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 1s den Vektor AB = ( -2 6 -40 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 0 -1 120 ) +t ( -2 6 -40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 4s an der Stelle P1 ( -10 9 -1 ) +4 ( 0 5 -40 ) = ( -10 29 -161 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 0 -1 120 ) +4 ( -2 6 -40 ) = ( -8 23 -40 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-10|29|-161) und P2(-8|23|-40):
P1P2 = ( -8-( - 10 ) 23-29 -40-( - 161 ) ) = ( 2 -6 121 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 2 -6 121 ) | = 2 2 + (-6)2 + 121 2 = 14681 ≈ 121.16517651537

Der Abstand ist also ca. 121.17 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -4 9 0,7 ) +t ( 1 10 0,3 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (37|-26|0,2) . Nach 5min ist es im Punkt B (-3|19|2,2) angelangt.
Wann sind die beiden Flugzeuge auf gleicher Höhe?

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Das Flugzeug F2 legt in 5min den Vektor AB = ( -40 45 2 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 5 ( -40 45 2 ) = ( -8 9 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 37 -26 0.2 ) +t ( -8 9 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:

0,3t +0,7 = 0,4t +0,2 | -0,7 -0,4t
-0,1t = -0,5 |:(-0,1 )
t = 5

nach 5 min sind also beide auf gleicher Höhe: 0,35 +0,7 = 2.2 = 0,45 +0,2


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 42 -68 1,1 ) +t ( 0 8 0,2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (2|-7|0,7) . Nach 1min ist es im Punkt B (10|-8|1) angelangt.
Ein Beobachter steht direkt senkrecht unter dem scheinbaren Schnittpunkt der beiden Flugbahnen. Wie hoch ist an dieser Stelle der Höhenunterschied der beiden Flugbahnen tatsächlich?

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Das Flugzeug F2 legt in 1min den Vektor AB = ( 8 -1 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 2 -7 0.7 ) +t ( 8 -1 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.

( 42 -68 1.1 ) +s ( 0 8 0.2 ) = ( 2 -7 0.7 ) +t ( 8 -1 0.3 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

42+0s= 2+8t-68+8s= -7-1t

-8t = -40 (I) 8s +t = 61 (II)
-8t = -40 (I) 8s +t = 61 (II)

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

8s +t = 61 (I) -8t = -40 (II)
0 s -8 t = -40 (I) 8 s +1 t = +61 (II)
8s +t = 61 (I) -8t = -40 (II)
Zeile (II): -8t = -40

t = 5

eingesetzt in Zeile (I):

8s +(5 ) = 61 | -5
8 s = 56 | : 8

s = 7

L={(7 |5 )}

Das heißt also, dass das Flugzeug F1 nach 7min und das Flugzeug F2 nach 5min an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

das Flugzeug F1 ist also nach 7min bei ( 42 -68 1.1 ) +7 ( 0 8 0.2 ) = ( 42 -12 2.5 ) , während das Flugzeug F2 nach 5min bei ( 2 -7 0.7 ) +5 ( 8 -1 0.3 ) = ( 42 -12 2.2 ) ist.

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

2.5 - 2.2 = 0.3 km

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-40|20) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-120|-100|40) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 12min geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( -90 -60 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -30 -40 20 ) +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 = ( -30 -40 20 ) +12 ( -90 -60 20 ) = ( -1110 -760 260 ) , also im Punkt P(-1110|-760|260).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-30|-40|20) nach P(-1110|-760|260) bewegt, also um den Vektor AP = ( -1080 -720 240 ) . Dessen Länge ist (-1080) 2 + (-720)2 + 240 2 = 1742400 = 1320m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (34|56|1,2) . Nach 3s ist sie im Punkt B (25|32|1,8) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 9 -9 0,6 ) +t ( -2 -7 0,4 ) . (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 3s den Vektor AB = ( -9 -24 0.6 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -9 -24 0.6 ) = ( -3 -8 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 34 56 1.2 ) +t ( -3 -8 0.2 ) 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 = 0,2t +1,2 | -0,6 -0,2t
0,2t = 0,6 |:0,2
t = 3

nach 3 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,43 +0,6 = 1.8 = 0,23 +1,2