nach Aufgabentypen suchen

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Browserfenster aktualisieren (F5), um neue Beispiele bei den Aufgabentypen zu sehen

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|-50|10) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (340|110|50) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 8min?

Lösung einblenden

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 20 -50 10 ) +t ( 80 40 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 8 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 20 -50 10 ) +8 ( 80 40 10 ) = ( 660 270 90 ) , also im Punkt P(660|270|90).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-150|100|200) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-350|-100|300) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 3s geflogen?

Lösung einblenden

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -150 100 200 ) +t ( -200 -200 100 ) 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 = ( -150 100 200 ) +3 ( -200 -200 100 ) = ( -750 -500 500 ) , also im Punkt P(-750|-500|500).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-150|100|200) nach P(-750|-500|500) 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:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|-200|200) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-550|850|800) angelangt.
Wie hoch ist die Geschwindigkeit der Rakete in km/h?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( -600 1050 600 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -600 1050 600 ) = ( -200 350 200 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-200) 2 + 3502 + 200 2 = 202500 = 450.
Die Geschwindigkeit ist also v=450 m s = 1620 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|200|200) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-600|800|500) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 3800m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( -600 600 300 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -600 600 300 ) = ( -200 200 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 200 200 ) +t ( -200 200 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 100m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 200 auf 3800m (also 3600m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 3600 100 s = 36s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|20|20) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 432km/h in Richtung des Punktes B (260|260|140) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt es im Punkt B an?

Lösung einblenden

Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 432000 m 3600 s = 120 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 240 240 120 ) ist 240 2 + 2402 + 120 2 = 129600 = 360 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 120 m s . braucht er für diese Strecke 360 120 s = 3s.
Punkt B wird als nach 3s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-12|18|0) (alle Angaben in Meter). Da der Wind extrem gleichmäßig ist, fliegt er mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn. Nach 3min ist er im Punkt B (-48|54|18) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 2,16 km zurückgelegt hat?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3 min den Vektor AB = ( -36 36 18 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -36 36 18 ) = ( -12 12 6 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -12 18 0 ) +t ( -12 12 6 ) 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 = (-12) 2 + 122 + 6 2 = 324 = 18.
Die Geschwindigkeit ist also v=18 m min
Für die Strecke von 2.16 km braucht es also 2160 18 min = 120min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -12 18 0 ) +120 ( -12 12 6 ) = ( -1452 1458 720 ) , also im Punkt P(-1452|1458|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 = ( 8 9 -2 ) +t ( 0 -5 5 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (11|16|-6) . Nach 5s ist sie im Punkt B (1|-9|24) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 5s von einander entfernt?

Lösung einblenden

Die Seilbahngondel legt in 5s den Vektor AB = ( -10 -25 30 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( -10 -25 30 ) = ( -2 -5 6 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 11 16 -6 ) +t ( -2 -5 6 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 5s an der Stelle P1 ( 8 9 -2 ) +5 ( 0 -5 5 ) = ( 8 -16 23 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 11 16 -6 ) +5 ( -2 -5 6 ) = ( 1 -9 24 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(8|-16|23) und P2(1|-9|24):
P1P2 = ( 1-8 -9-( - 16 ) 24-23 ) = ( -7 7 1 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -7 7 1 ) | = (-7) 2 + 72 + 1 2 = 99 ≈ 9.9498743710662

Der Abstand ist also ca. 9.95 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (7|-43|2,1) . Nach 4s ist sie im Punkt B (-5|-47|3,3) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 7 -9 0,5 ) +t ( -1 -6 0,5 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn).
Wann sind die Seilbahngondel und die Drohne auf gleicher Höhe?

Lösung einblenden

Die Seilbahngondel legt in 4s den Vektor AB = ( -12 -4 1.2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -12 -4 1.2 ) = ( -3 -1 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 7 -43 2.1 ) +t ( -3 -1 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 +2,1 | -0,5 -0,3t
0,2t = 1,6 |:0,2
t = 8

nach 8 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,58 +0,5 = 4.5 = 0,38 +2,1


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -7 9 1,8 ) +t ( 8 -1 0,1 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (9|0|0,8) . Nach 2min ist es im Punkt B (21|2|1,2) 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?

Lösung einblenden

Das Flugzeug F2 legt in 2min den Vektor AB = ( 12 2 0.4 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( 12 2 0.4 ) = ( 6 1 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 9 0 0.8 ) +t ( 6 1 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.

( -7 9 1.8 ) +s ( 8 -1 0.1 ) = ( 9 0 0.8 ) +t ( 6 1 0.2 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-7+8s= 9+6t9-1s= 0+1t

8s -6t = 16 (I) -1s -1t = -9 (II)
8s -6t = 16 (I) -1s -1t = -9 (II)

langsame Rechnung einblenden1·(I) + 8·(II)

8s -6t = 16 (I) ( 8 -8 )s +( -6 -8 )t = ( 16 -72 ) (II)
8s -6t = 16 (I) -14t = -56 (II)
Zeile (II): -14t = -56

t = 4

eingesetzt in Zeile (I):

8s -6·(4 ) = 16 | +24
8 s = 40 | : 8

s = 5

L={(5 |4 )}

Das heißt also, dass das Flugzeug F1 nach 5min und das Flugzeug F2 nach 4min an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

das Flugzeug F1 ist also nach 5min bei ( -7 9 1.8 ) +5 ( 8 -1 0.1 ) = ( 33 4 2.3 ) , während das Flugzeug F2 nach 4min bei ( 9 0 0.8 ) +4 ( 6 1 0.2 ) = ( 33 4 1.6 ) ist.

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

2.3 - 1.6 = 0.7 km

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|50|250) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (400|650|550) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 10s geflogen?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( 600 600 300 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 600 600 300 ) = ( 300 300 150 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -200 50 250 ) +t ( 300 300 150 ) 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 = ( -200 50 250 ) +10 ( 300 300 150 ) = ( 2800 3050 1750 ) , also im Punkt P(2800|3050|1750).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-200|50|250) nach P(2800|3050|1750) bewegt, also um den Vektor AP = ( 3000 3000 1500 ) . Dessen Länge ist 3000 2 + 30002 + 1500 2 = 20250000 = 4500m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (150|150|150) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (350|-50|250) angelangt.
Wie hoch ist die Geschwindigkeit der Rakete in km/h?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( 200 -200 100 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 200 2 + (-200)2 + 100 2 = 90000 = 300.
Die Geschwindigkeit ist also v=300 m s = 1080 km h