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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (100|50|50) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (700|-850|250) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 7s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( 600 -900 200 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 600 -900 200 ) = ( 300 -450 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 100 50 50 ) +t ( 300 -450 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 7 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 100 50 50 ) +7 ( 300 -450 100 ) = ( 2200 -3100 750 ) , also im Punkt P(2200|-3100|750).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (150|250|0) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-450|-350|300) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 6s geflogen?

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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 = ( 150 250 0 ) +t ( -300 -300 150 ) 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 = ( 150 250 0 ) +6 ( -300 -300 150 ) = ( -1650 -1550 900 ) , also im Punkt P(-1650|-1550|900).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(150|250|0) nach P(-1650|-1550|900) bewegt, also um den Vektor AP = ( -1800 -1800 900 ) . Dessen Länge ist (-1800) 2 + (-1800)2 + 900 2 = 7290000 = 2700m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|0|10) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (80|-40|30) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( 40 -40 20 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 40 2 + (-40)2 + 20 2 = 3600 = 60.
Die Geschwindigkeit ist also v=60 m s = 216 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-250|-250|100) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (50|100|400) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 1900m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( 300 350 300 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -250 -250 100 ) +t ( 300 350 300 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 300m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 100 auf 1900m (also 1800m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 1800 300 s = 6s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (1|-3|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 39,6km/h in Richtung des Punktes B (49|69|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= 39600 m 3600 s = 11 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 48 72 -16 ) ist 48 2 + 722 + (-16) 2 = 7744 = 88 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 11 m s . braucht er für diese Strecke 88 11 s = 8s.
Punkt B wird als nach 8s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-18|-12|0) (alle Angaben in Meter). Da der Wind extrem gleichmäßig ist, fliegt er mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn. Nach 2min ist er im Punkt B (78|-108|48) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 14,4 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2 min den Vektor AB = ( 96 -96 48 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( 96 -96 48 ) = ( 48 -48 24 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -18 -12 0 ) +t ( 48 -48 24 ) 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 = 48 2 + (-48)2 + 24 2 = 5184 = 72.
Die Geschwindigkeit ist also v=72 m min
Für die Strecke von 14.4 km braucht es also 14400 72 min = 200min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -18 -12 0 ) +200 ( 48 -48 24 ) = ( 9582 -9612 4800 ) , also im Punkt P(9582|-9612|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 (-25|13|93) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-13|9|63) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 5 -2 1 ) +t ( 11 -2 -30 ) . (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 1min den Vektor AB = ( 12 -4 -30 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -25 13 93 ) +t ( 12 -4 -30 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2min an der Stelle P1 ( 5 -2 1 ) +2 ( 11 -2 -30 ) = ( 27 -6 -59 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( -25 13 93 ) +2 ( 12 -4 -30 ) = ( -1 5 33 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(27|-6|-59) und P2(-1|5|33):
P1P2 = ( -1-27 5-( - 6 ) 33-( - 59 ) ) = ( -28 11 92 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -28 11 92 ) | = (-28) 2 + 112 + 92 2 = 9369 ≈ 96.79359482941

Der Abstand ist also ca. 96.79 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-51|115|0,9) . Nach 3s ist sie im Punkt B (-33|85|1,8) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 8 -10 0,6 ) +t ( -1 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 = ( 18 -30 0.9 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 18 -30 0.9 ) = ( 6 -10 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -51 115 0.9 ) +t ( 6 -10 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:

0,4t +0,6 = 0,3t +0,9 | -0,6 -0,3t
0,1t = 0,3 |:0,1
t = 3

nach 3 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,43 +0,6 = 1.8 = 0,33 +0,9


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -13 -7 0,9 ) +t ( 3 1 0,3 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|2|0,6) . Nach 4min ist es im Punkt B (14|-6|2,2) 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?

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Das Flugzeug F2 legt in 4min den Vektor AB = ( 24 -8 1.6 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 24 -8 1.6 ) = ( 6 -2 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -10 2 0.6 ) +t ( 6 -2 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.

( -13 -7 0.9 ) +s ( 3 1 0.3 ) = ( -10 2 0.6 ) +t ( 6 -2 0.4 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-13+3s= -10+6t-7+1s= 2-2t

3s -6t = 3 (I) s +2t = 9 (II)
3s -6t = 3 (I) s +2t = 9 (II)

langsame Rechnung einblenden1·(I) -3·(II)

3s -6t = 3 (I) ( 3 -3 )s +( -6 -6 )t = ( 3 -27 ) (II)
3s -6t = 3 (I) -12t = -24 (II)
Zeile (II): -12t = -24

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

3s -6·(2 ) = 3 | +12
3 s = 15 | : 3

s = 5

L={(5 |2 )}

Das heißt also, dass das Flugzeug F1 nach 5min und das Flugzeug F2 nach 2min an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

das Flugzeug F1 ist also nach 5min bei ( -13 -7 0.9 ) +5 ( 3 1 0.3 ) = ( 2 -2 2.4 ) , während das Flugzeug F2 nach 2min bei ( -10 2 0.6 ) +2 ( 6 -2 0.4 ) = ( 2 -2 1.4 ) ist.

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

2.4 - 1.4 = 1 km

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (74|-9|8) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-166|27|-4) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -7 -5 0 ) +t ( -80 11 -2 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 3min von einander entfernt?

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Der Heißluftballon legt in 3min den Vektor AB = ( -240 36 -12 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -240 36 -12 ) = ( -80 12 -4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 74 -9 8 ) +t ( -80 12 -4 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 3min an der Stelle P1 ( -7 -5 0 ) +3 ( -80 11 -2 ) = ( -247 28 -6 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( 74 -9 8 ) +3 ( -80 12 -4 ) = ( -166 27 -4 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-247|28|-6) und P2(-166|27|-4):
P1P2 = ( -166-( - 247 ) 27-28 -4-( - 6 ) ) = ( 81 -1 2 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 81 -1 2 ) | = 81 2 + (-1)2 + 2 2 = 6566 ≈ 81.030858319532

Der Abstand ist also ca. 81.03 m.

Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (7|9|0,8) . Nach 4s ist sie im Punkt B (15|-19|1,6) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -39 50 1,5 ) +t ( 8 -8 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 4s den Vektor AB = ( 8 -28 0.8 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 8 -28 0.8 ) = ( 2 -7 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 7 9 0.8 ) +t ( 2 -7 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.

( -39 50 1.5 ) +s ( 8 -8 0.1 ) = ( 7 9 0.8 ) +t ( 2 -7 0.2 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-39+8s= 7+2t50-8s= 9-7t

8s -2t = 46 (I) -8s +7t = -41 (II)
8s -2t = 46 (I) -8s +7t = -41 (II)

langsame Rechnung einblenden1·(I) + 1·(II)

8s -2t = 46 (I) ( 8 -8 )s +( -2 +7 )t = ( 46 -41 ) (II)
8s -2t = 46 (I) +5t = 5 (II)
Zeile (II): +5t = 5

t = 1

eingesetzt in Zeile (I):

8s -2·(1 ) = 46 | +2
8 s = 48 | : 8

s = 6

L={(6 |1 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 6s und die Seilbahngondel nach 1s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 6s bei ( -39 50 1.5 ) +6 ( 8 -8 0.1 ) = ( 9 2 2.1 ) , während die Seilbahngondel nach 1s bei ( 7 9 0.8 ) +1 ( 2 -7 0.2 ) = ( 9 2 1 ) ist.

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

2.1 - 1 = 1.1 m