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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|-100|250) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (100|-400|400) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 6s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 300 -300 150 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 300 -300 150 ) = ( 100 -100 50 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -200 -100 250 ) +t ( 100 -100 50 ) 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 = ( -200 -100 250 ) +6 ( 100 -100 50 ) = ( 400 -700 550 ) , also im Punkt P(400|-700|550).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|-20|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (210|100|170) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 6s seit seinem Start zurückgelegt?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 210 120 120 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 210 120 120 ) = ( 70 40 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 -20 50 ) +t ( 70 40 40 ) 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 = ( 0 -20 50 ) +6 ( 70 40 40 ) = ( 420 220 290 ) , also im Punkt P(420|220|290).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(0|-20|50) nach P(420|220|290) bewegt, also um den Vektor AP = ( 420 240 240 ) . Dessen Länge ist 420 2 + 2402 + 240 2 = 291600 = 540m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|-10|40) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-130|-90|80) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -80 -80 40 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -80 -80 40 ) = ( -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|200|200) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (1850|1000|400) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 1400m erreicht?

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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 = ( 250 200 200 ) +t ( 400 200 50 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 50m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 200 auf 1400m (also 1200m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 1200 50 s = 24s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-100|-200|200) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1620km/h in Richtung des Punktes B (-2200|1900|1250) (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 = ( -2100 2100 1050 ) ist (-2100) 2 + 21002 + 1050 2 = 9922500 = 3150 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 450 m s . braucht er für diese Strecke 3150 450 s = 7s.
Punkt B wird als nach 7s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-12|30|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 (-84|102|36) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 3,6 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3 min den Vektor AB = ( -72 72 36 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -72 72 36 ) = ( -24 24 12 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -12 30 0 ) +t ( -24 24 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 = (-24) 2 + 242 + 12 2 = 1296 = 36.
Die Geschwindigkeit ist also v=36 m min
Für die Strecke von 3.6 km braucht es also 3600 36 min = 100min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -12 30 0 ) +100 ( -24 24 12 ) = ( -2412 2430 1200 ) , also im Punkt P(-2412|2430|1200).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 1200 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 5 -9 -1 ) +t ( -3 -6 4 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (12|-2|-2) . Nach 1s ist sie im Punkt B (9|-9|2) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 5s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 1s den Vektor AB = ( -3 -7 4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 12 -2 -2 ) +t ( -3 -7 4 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 5s an der Stelle P1 ( 5 -9 -1 ) +5 ( -3 -6 4 ) = ( -10 -39 19 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 12 -2 -2 ) +5 ( -3 -7 4 ) = ( -3 -37 18 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-10|-39|19) und P2(-3|-37|18):
P1P2 = ( -3-( - 10 ) -37-( - 39 ) 18-19 ) = ( 7 2 -1 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 7 2 -1 ) | = 7 2 + 22 + (-1) 2 = 54 ≈ 7.3484692283495

Der Abstand ist also ca. 7.35 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-34|-46|0) . Nach 4s ist sie im Punkt B (-42|-46|1,6) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -3 -1 0,8 ) +t ( -9 -9 0,3 ) . (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 = ( -8 0 1.6 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -8 0 1.6 ) = ( -2 0 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -34 -46 0 ) +t ( -2 0 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 +0,8 = 0,4t +0
0,3t +0,8 = 0,4t | -0,8 -0,4t
-0,1t = -0,8 |:(-0,1 )
t = 8

nach 8 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,38 +0,8 = 3.2 = 0,48 +0


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|4|0,5) . Nach 5s ist sie im Punkt B (20|34|3) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 18 -2 1,7 ) +t ( 0 5 0,3 ) . (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 = ( 10 30 2.5 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( 10 30 2.5 ) = ( 2 6 0.5 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 10 4 0.5 ) +t ( 2 6 0.5 ) 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.

( 18 -2 1.7 ) +s ( 0 5 0.3 ) = ( 10 4 0.5 ) +t ( 2 6 0.5 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

18+0s= 10+2t-2+5s= 4+6t

-2t = -8 (I) 5s -6t = 6 (II)
-2t = -8 (I) 5s -6t = 6 (II)

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

5s -6t = 6 (I) -2t = -8 (II)
0 s -2 t = -8 (I) 5 s -6 t = +6 (II)
5s -6t = 6 (I) -2t = -8 (II)
Zeile (II): -2t = -8

t = 4

eingesetzt in Zeile (I):

5s -6·(4 ) = 6 | +24
5 s = 30 | : 5

s = 6

L={(6 |4 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 6s und die Seilbahngondel nach 4s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 6s bei ( 18 -2 1.7 ) +6 ( 0 5 0.3 ) = ( 18 28 3.5 ) , während die Seilbahngondel nach 4s bei ( 10 4 0.5 ) +4 ( 2 6 0.5 ) = ( 18 28 2.5 ) ist.

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

3.5 - 2.5 = 1 m

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|0|200) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-1600|800|1000) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 8200m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -1400 800 800 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -1400 800 800 ) = ( -350 200 200 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -200 0 200 ) +t ( -350 200 200 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 200m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 200 auf 8200m (also 8000m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 8000 200 s = 40s lang steigen (bzw. sinken).

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|40|10) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-190|220|100) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 12min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( -180 180 90 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -180 180 90 ) = ( -60 60 30 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 40 10 ) +t ( -60 60 30 ) 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 = ( -10 40 10 ) +12 ( -60 60 30 ) = ( -730 760 370 ) , also im Punkt P(-730|760|370).