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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|-20|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (310|140|160) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 5min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4min den Vektor AB = ( 280 160 160 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 280 160 160 ) = ( 70 40 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 30 -20 0 ) +t ( 70 40 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 5 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 30 -20 0 ) +5 ( 70 40 40 ) = ( 380 180 200 ) , also im Punkt P(380|180|200).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-40|10|10) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-160|-110|70) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 11s seit seinem Start zurückgelegt?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( -120 -120 60 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -120 -120 60 ) = ( -40 -40 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -40 10 10 ) +t ( -40 -40 20 ) 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 = ( -40 10 10 ) +11 ( -40 -40 20 ) = ( -480 -430 230 ) , also im Punkt P(-480|-430|230).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-40|10|10) nach P(-480|-430|230) bewegt, also um den Vektor AP = ( -440 -440 220 ) . Dessen Länge ist (-440) 2 + (-440)2 + 220 2 = 435600 = 660m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|20|20) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (290|-220|140) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4min den Vektor AB = ( 240 -240 120 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 240 -240 120 ) = ( 60 -60 30 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 60 2 + (-60)2 + 30 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m min = 5.4 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|0|20) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-90|120|140) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 1340m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -140 120 120 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -140 120 120 ) = ( -70 60 60 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 50 0 20 ) +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 20 auf 1340m (also 1320m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 1320 60 s = 22s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (250|-50|150) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1980km/h in Richtung des Punktes B (-800|850|1050) (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= 1980000 m 3600 s = 550 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -1050 900 900 ) ist (-1050) 2 + 9002 + 900 2 = 2722500 = 1650 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 550 m s . braucht er für diese Strecke 1650 550 s = 3s.
Punkt B wird als nach 3s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|-20|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-220|220|170) angelangt.
Welche Höhe hat das Flugzeug, wenn es 9,6 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3 s den Vektor AB = ( -240 240 120 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -240 240 120 ) = ( -80 80 40 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 20 -20 50 ) +t ( -80 80 40 ) 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 = (-80) 2 + 802 + 40 2 = 14400 = 120.
Die Geschwindigkeit ist also v=120 m s
Für die Strecke von 9.6 km braucht es also 9600 120 s = 80s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 20 -20 50 ) +80 ( -80 80 40 ) = ( -6380 6380 3250 ) , also im Punkt P(-6380|6380|3250).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 3250 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -4 1 0 ) +t ( -15 0 5 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (13|6|0) . Nach 1min ist es im Punkt B (-2|4|6) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 1min von einander entfernt?

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F2 legt in 1min den Vektor AB = ( -15 -2 6 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 13 6 0 ) +t ( -15 -2 6 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 1min an der Stelle P1 ( -4 1 0 ) +1 ( -15 0 5 ) = ( -19 1 5 ) ; F2 an der Stelle P2 ( 13 6 0 ) +1 ( -15 -2 6 ) = ( -2 4 6 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-19|1|5) und P2(-2|4|6):
P1P2 = ( -2-( - 19 ) 4-1 6-5 ) = ( 17 3 1 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 17 3 1 ) | = 17 2 + 32 + 1 2 = 299 ≈ 17.291616465791

Der Abstand ist also ca. 17.29 km.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-48|-86|1) . Nach 4s ist sie im Punkt B (-32|-62|2,2) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 4 -2 0,6 ) +t ( -4 -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 4s den Vektor AB = ( 16 24 1.2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 16 24 1.2 ) = ( 4 6 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -48 -86 1 ) +t ( 4 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:

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

nach 4 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,44 +0,6 = 2.2 = 0,34 +1


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -9 23 1 ) +t ( -1 -4 0,2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-3|9|0,7) . Nach 3min ist es im Punkt B (-18|6|1,6) 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 3min den Vektor AB = ( -15 -3 0.9 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -15 -3 0.9 ) = ( -5 -1 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -3 9 0.7 ) +t ( -5 -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.

( -9 23 1 ) +s ( -1 -4 0.2 ) = ( -3 9 0.7 ) +t ( -5 -1 0.3 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-9-1s= -3-5t23-4s= 9-1t

-1s +5t = 6 (I) -4s +t = -14 (II)
-1s +5t = 6 (I) -4s +t = -14 (II)

langsame Rechnung einblenden4·(I) -1·(II)

-1s 5t = 6 (I) ( -4 +4 )s +( 20 -1 )t = ( 24 +14 ) (II)
-1s +5t = 6 (I) +19t = 38 (II)
Zeile (II): +19t = 38

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

-1s +5·(2 ) = 6 | -10
-1 s = -4 | : (-1)

s = 4

L={(4 |2 )}

Das heißt also, dass das Flugzeug F1 nach 4min und das Flugzeug F2 nach 2min an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

das Flugzeug F1 ist also nach 4min bei ( -9 23 1 ) +4 ( -1 -4 0.2 ) = ( -13 7 1.8 ) , während das Flugzeug F2 nach 2min bei ( -3 9 0.7 ) +2 ( -5 -1 0.3 ) = ( -13 7 1.3 ) ist.

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

1.8 - 1.3 = 0.5 km

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|40|20) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-30|120|60) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 9min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( -80 80 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 50 40 20 ) +t ( -80 80 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 9 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 50 40 20 ) +9 ( -80 80 40 ) = ( -670 760 380 ) , also im Punkt P(-670|760|380).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (12|-4|19) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (9|0|13) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -1 5 1 ) +t ( -3 4 -5 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 5min von einander entfernt?

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Der Heißluftballon legt in 1min den Vektor AB = ( -3 4 -6 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 12 -4 19 ) +t ( -3 4 -6 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 5min an der Stelle P1 ( -1 5 1 ) +5 ( -3 4 -5 ) = ( -16 25 -24 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( 12 -4 19 ) +5 ( -3 4 -6 ) = ( -3 16 -11 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-16|25|-24) und P2(-3|16|-11):
P1P2 = ( -3-( - 16 ) 16-25 -11-( - 24 ) ) = ( 13 -9 13 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 13 -9 13 ) | = 13 2 + (-9)2 + 13 2 = 419 ≈ 20.469489490459

Der Abstand ist also ca. 20.47 m.