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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-100|-150|150) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-1700|-950|350) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 10s?

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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 = ( -100 -150 150 ) +t ( -400 -200 50 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 10 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -100 -150 150 ) +10 ( -400 -200 50 ) = ( -4100 -2150 650 ) , also im Punkt P(-4100|-2150|650).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|-10|30) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-60|-130|70) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 9s seit seinem Start zurückgelegt?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -60 -120 40 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -60 -120 40 ) = ( -30 -60 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 -10 30 ) +t ( -30 -60 20 ) 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 = ( 0 -10 30 ) +9 ( -30 -60 20 ) = ( -270 -550 210 ) , also im Punkt P(-270|-550|210).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(0|-10|30) nach P(-270|-550|210) bewegt, also um den Vektor AP = ( -270 -540 180 ) . Dessen Länge ist (-270) 2 + (-540)2 + 180 2 = 396900 = 630m.

Geschwindigkeit in km/h

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 (-410|230|100) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -360 240 80 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -360 240 80 ) = ( -90 60 20 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-90) 2 + 602 + 20 2 = 12100 = 110.
Die Geschwindigkeit ist also v=110 m s = 396 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-40|40) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-150|80|100) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 820m erreicht?

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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 = ( -30 -40 40 ) +t ( -60 60 30 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 30m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 40 auf 820m (also 780m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 780 30 min = 26min lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-5|-4|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 43,2km/h in Richtung des Punktes B (27|28|638) (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= 43200 m 3600 s = 12 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 32 32 -16 ) ist 32 2 + 322 + (-16) 2 = 2304 = 48 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 12 m s . braucht er für diese Strecke 48 12 s = 4s.
Punkt B wird als nach 4s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|20|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-260|-220|120) angelangt.
Welche (absolute) 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 = ( -20 20 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 + (-60)2 + 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 = ( -20 20 0 ) +160 ( -60 -60 30 ) = ( -9620 -9580 4800 ) , also im Punkt P(-9620|-9580|4800).

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

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 8 0 ) +t ( 0 -40 5 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (1|49|2) . Nach 2min ist es im Punkt B (-3|-31|14) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 5min von einander entfernt?

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F2 legt in 2min den Vektor AB = ( -4 -80 12 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -4 -80 12 ) = ( -2 -40 6 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 1 49 2 ) +t ( -2 -40 6 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 5min an der Stelle P1 ( -5 8 0 ) +5 ( 0 -40 5 ) = ( -5 -192 25 ) ; F2 an der Stelle P2 ( 1 49 2 ) +5 ( -2 -40 6 ) = ( -9 -151 32 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-5|-192|25) und P2(-9|-151|32):
P1P2 = ( -9-( - 5 ) -151-( - 192 ) 32-25 ) = ( -4 41 7 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -4 41 7 ) | = (-4) 2 + 412 + 7 2 = 1746 ≈ 41.785164831552

Der Abstand ist also ca. 41.79 km.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-45|62|0) . Nach 4s ist sie im Punkt B (-33|38|1,2) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 9 4 1 ) +t ( -6 2 0,2 ) . (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 4s den Vektor AB = ( 12 -24 1.2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 12 -24 1.2 ) = ( 3 -6 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -45 62 0 ) +t ( 3 -6 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:

0,2t +1 = 0,3t +0
0,2t +1 = 0,3t | -1 -0,3t
-0,1t = -1 |:(-0,1 )
t = 10

nach 10 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,210 +1 = 3 = 0,310 +0


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-43|51|0,3) . Nach 5s ist sie im Punkt B (-48|31|1,8) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 7 0,9 ) +t ( -6 4 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 5s den Vektor AB = ( -5 -20 1.5 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( -5 -20 1.5 ) = ( -1 -4 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -43 51 0.3 ) +t ( -1 -4 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.

( -5 7 0.9 ) +s ( -6 4 0.1 ) = ( -43 51 0.3 ) +t ( -1 -4 0.3 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-5-6s= -43-1t7+4s= 51-4t

-6s +t = -38 (I) 4s +4t = 44 (II)
-6s +t = -38 (I) 4s +4t = 44 (II)

langsame Rechnung einblenden2·(I) + 3·(II)

-6s 1t = -38 (I) ( -12 +12 )s +( 2 +12 )t = ( -76 +132 ) (II)
-6s +t = -38 (I) +14t = 56 (II)
Zeile (II): +14t = 56

t = 4

eingesetzt in Zeile (I):

-6s +(4 ) = -38 | -4
-6 s = -42 | : (-6)

s = 7

L={(7 |4 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 7s und die Seilbahngondel nach 4s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 7s bei ( -5 7 0.9 ) +7 ( -6 4 0.1 ) = ( -47 35 1.6 ) , während die Seilbahngondel nach 4s bei ( -43 51 0.3 ) +4 ( -1 -4 0.3 ) = ( -47 35 1.5 ) ist.

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

1.6 - 1.5 = 0.1 m

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|50|40) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-190|230|220) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 1120m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( -210 180 180 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -210 180 180 ) = ( -70 60 60 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 20 50 40 ) +t ( -70 60 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 60m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 40 auf 1120m (also 1080m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 1080 60 min = 18min lang steigen (bzw. sinken).

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-150|-50|250) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (50|-250|350) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 11s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( 200 -200 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -150 -50 250 ) +t ( 200 -200 100 ) 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 = ( -150 -50 250 ) +11 ( 200 -200 100 ) = ( 2050 -2250 1350 ) , also im Punkt P(2050|-2250|1350).