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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|250|50) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-1600|1450|1250) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 11s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -1400 1200 1200 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -1400 1200 1200 ) = ( -350 300 300 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -200 250 50 ) +t ( -350 300 300 ) 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 = ( -200 250 50 ) +11 ( -350 300 300 ) = ( -4050 3550 3350 ) , also im Punkt P(-4050|3550|3350).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (200|-250|250) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-400|-850|550) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 4s geflogen?

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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 = ( 200 -250 250 ) +t ( -200 -200 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 4 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 200 -250 250 ) +4 ( -200 -200 100 ) = ( -600 -1050 650 ) , also im Punkt P(-600|-1050|650).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(200|-250|250) nach P(-600|-1050|650) bewegt, also um den Vektor AP = ( -800 -800 400 ) . Dessen Länge ist (-800) 2 + (-800)2 + 400 2 = 1440000 = 1200m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|10|20) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-60|-150|40) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2min den Vektor AB = ( -80 -160 20 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -80 -160 20 ) = ( -40 -80 10 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-40) 2 + (-80)2 + 10 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|-30|20) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (110|130|100) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 1060m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 160 160 80 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 160 160 80 ) = ( 40 40 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 -30 20 ) +t ( 40 40 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 20m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 20 auf 1060m (also 1040m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 1040 20 s = 52s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|0|20) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 324km/h in Richtung des Punktes B (50|60|50) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt es im Punkt B an?

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Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 324000 m 3600 s = 90 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 60 60 30 ) ist 60 2 + 602 + 30 2 = 8100 = 90 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 90 m s . braucht er für diese Strecke 90 90 s = 1s.
Punkt B wird als nach 1s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|20|0) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (80|80|30) angelangt.
Welche (absolute) Höhe hat das Flugzeug, wenn es 4,2 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3 s den Vektor AB = ( 60 60 30 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 60 60 30 ) = ( 20 20 10 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 20 20 0 ) +t ( 20 20 10 ) 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 = 20 2 + 202 + 10 2 = 900 = 30.
Die Geschwindigkeit ist also v=30 m s
Für die Strecke von 4.2 km braucht es also 4200 30 s = 140s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 20 20 0 ) +140 ( 20 20 10 ) = ( 2820 2820 1400 ) , also im Punkt P(2820|2820|1400).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 1400 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (27|-7|4) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (-85|57|4) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 2 0 ) +t ( -27 16 -1 ) . (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 4min den Vektor AB = ( -112 64 0 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( -112 64 0 ) = ( -28 16 0 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 27 -7 4 ) +t ( -28 16 0 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2min an der Stelle P1 ( -5 2 0 ) +2 ( -27 16 -1 ) = ( -59 34 -2 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( 27 -7 4 ) +2 ( -28 16 0 ) = ( -29 25 4 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-59|34|-2) und P2(-29|25|4):
P1P2 = ( -29-( - 59 ) 25-34 4-( - 2 ) ) = ( 30 -9 6 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 30 -9 6 ) | = 30 2 + (-9)2 + 6 2 = 1017 ≈ 31.890437438204

Der Abstand ist also ca. 31.89 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (12|8|0) . Nach 5s ist sie im Punkt B (-23|-12|2) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 4 0 2 ) +t ( -5 -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 5s den Vektor AB = ( -35 -20 2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( -35 -20 2 ) = ( -7 -4 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 12 8 0 ) +t ( -7 -4 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:

0,2t +2 = 0,4t +0
0,2t +2 = 0,4t | -2 -0,4t
-0,2t = -2 |:(-0,2 )
t = 10

nach 10 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,210 +2 = 4 = 0,410 +0


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (29|-57|0,9) . Nach 4s ist sie im Punkt B (13|-53|2,5) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 3 2 0,5 ) +t ( 2 -8 0,5 ) . (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 = ( -16 4 1.6 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -16 4 1.6 ) = ( -4 1 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 29 -57 0.9 ) +t ( -4 1 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.

( 3 2 0.5 ) +s ( 2 -8 0.5 ) = ( 29 -57 0.9 ) +t ( -4 1 0.4 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

3+2s= 29-4t2-8s= -57+1t

2s +4t = 26 (I) -8s -1t = -59 (II)
2s +4t = 26 (I) -8s -1t = -59 (II)

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

2s 4t = 26 (I) ( 8 -8 )s +( 16 -1 )t = ( 104 -59 ) (II)
2s +4t = 26 (I) +15t = 45 (II)
Zeile (II): +15t = 45

t = 3

eingesetzt in Zeile (I):

2s +4·(3 ) = 26 | -12
2 s = 14 | : 2

s = 7

L={(7 |3 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 7s und die Seilbahngondel nach 3s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 7s bei ( 3 2 0.5 ) +7 ( 2 -8 0.5 ) = ( 17 -54 4 ) , während die Seilbahngondel nach 3s bei ( 29 -57 0.9 ) +3 ( -4 1 0.4 ) = ( 17 -54 2.1 ) ist.

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

4 - 2.1 = 1.9 m

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-40|30|10) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-320|-210|250) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 2410m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -280 -240 240 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -280 -240 240 ) = ( -70 -60 60 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -40 30 10 ) +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 10 auf 2410m (also 2400m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 2400 60 s = 40s lang steigen (bzw. sinken).

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (100|50|100) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (0|150|150) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 500m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -100 100 50 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 100 50 100 ) +t ( -100 100 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 100 auf 500m (also 400m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 400 50 s = 8s lang steigen (bzw. sinken).