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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|0|20) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-290|240|140) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 11min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( -240 240 120 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -240 240 120 ) = ( -80 80 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 0 20 ) +t ( -80 80 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 11 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -50 0 20 ) +11 ( -80 80 40 ) = ( -930 880 460 ) , also im Punkt P(-930|880|460).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (250|50|100) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (1150|-1300|400) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 12s geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 900 -1350 300 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 900 -1350 300 ) = ( 300 -450 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 250 50 100 ) +t ( 300 -450 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 12 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 250 50 100 ) +12 ( 300 -450 100 ) = ( 3850 -5350 1300 ) , also im Punkt P(3850|-5350|1300).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(250|50|100) nach P(3850|-5350|1300) bewegt, also um den Vektor AP = ( 3600 -5400 1200 ) . Dessen Länge ist 3600 2 + (-5400)2 + 1200 2 = 43560000 = 6600m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|-10|40) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-50|50|100) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( -70 60 60 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-70) 2 + 602 + 60 2 = 12100 = 110.
Die Geschwindigkeit ist also v=110 m min = 6.6 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|0|50) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-150|120|90) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 290m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2min den Vektor AB = ( -180 120 40 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -180 120 40 ) = ( -90 60 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 30 0 50 ) +t ( -90 60 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 20m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 50 auf 290m (also 240m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 240 20 min = 12min lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (4|-5|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 43,2km/h in Richtung des Punktes B (-36|-45|634) (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= 43200 m 3600 s = 12 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -40 -40 -20 ) ist (-40) 2 + (-40)2 + (-20) 2 = 3600 = 60 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 12 m s . braucht er für diese Strecke 60 12 s = 5s.
Punkt B wird als nach 5s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|20|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (320|340|160) angelangt.
Welche (absolute) Höhe hat das Flugzeug, wenn es 26,4 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4 s den Vektor AB = ( 320 320 160 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 320 320 160 ) = ( 80 80 40 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 0 20 0 ) +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 26.4 km braucht es also 26400 120 s = 220s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 0 20 0 ) +220 ( 80 80 40 ) = ( 17600 17620 8800 ) , also im Punkt P(17600|17620|8800).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 8800 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|39|2) (alle Angaben in Meter). Nach 5min ist er im Punkt B (30|-31|2) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 7 -7 -2 ) +t ( 8 -13 -1 ) . (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 5min den Vektor AB = ( 40 -70 0 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 5 ( 40 -70 0 ) = ( 8 -14 0 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -10 39 2 ) +t ( 8 -14 0 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 3min an der Stelle P1 ( 7 -7 -2 ) +3 ( 8 -13 -1 ) = ( 31 -46 -5 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( -10 39 2 ) +3 ( 8 -14 0 ) = ( 14 -3 2 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(31|-46|-5) und P2(14|-3|2):
P1P2 = ( 14-31 -3-( - 46 ) 2-( - 5 ) ) = ( -17 43 7 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -17 43 7 ) | = (-17) 2 + 432 + 7 2 = 2187 ≈ 46.76537180436

Der Abstand ist also ca. 46.77 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-42|49|1,3) . Nach 4s ist sie im Punkt B (-30|25|2,5) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 0 0,6 ) +t ( -5 5 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 = ( 12 -24 1.2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 12 -24 1.2 ) = ( 3 -6 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -42 49 1.3 ) +t ( 3 -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 +1,3 | -0,6 -0,3t
0,1t = 0,7 |:0,1
t = 7

nach 7 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,47 +0,6 = 3.4 = 0,37 +1,3


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 7 6 0,6 ) +t ( 2 3 0,4 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (23|0|1,4) . Nach 2min ist es im Punkt B (15|18|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 2min den Vektor AB = ( -8 18 0.6 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -8 18 0.6 ) = ( -4 9 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 23 0 1.4 ) +t ( -4 9 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.

( 7 6 0.6 ) +s ( 2 3 0.4 ) = ( 23 0 1.4 ) +t ( -4 9 0.3 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

7+2s= 23-4t6+3s= 0+9t

2s +4t = 16 (I) 3s -9t = -6 (II)
2s +4t = 16 (I) 3s -9t = -6 (II)

langsame Rechnung einblenden3·(I) -2·(II)

2s 4t = 16 (I) ( 6 -6 )s +( 12 +18 )t = ( 48 +12 ) (II)
2s +4t = 16 (I) +30t = 60 (II)
Zeile (II): +30t = 60

t = 2

eingesetzt in Zeile (I):

2s +4·(2 ) = 16 | -8
2 s = 8 | : 2

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 ( 7 6 0.6 ) +4 ( 2 3 0.4 ) = ( 15 18 2.2 ) , während das Flugzeug F2 nach 2min bei ( 23 0 1.4 ) +2 ( -4 9 0.3 ) = ( 15 18 2 ) ist.

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

2.2 - 2 = 0.2 km

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|20|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-170|200|230) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 5min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( -210 180 180 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -210 180 180 ) = ( -70 60 60 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 40 20 50 ) +t ( -70 60 60 ) 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 = ( 40 20 50 ) +5 ( -70 60 60 ) = ( -310 320 350 ) , also im Punkt P(-310|320|350).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (20|50|0) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-20|130|10) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 9min geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( -40 80 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 20 50 0 ) +t ( -40 80 10 ) 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 = ( 20 50 0 ) +9 ( -40 80 10 ) = ( -340 770 90 ) , also im Punkt P(-340|770|90).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(20|50|0) nach P(-340|770|90) bewegt, also um den Vektor AP = ( -360 720 90 ) . Dessen Länge ist (-360) 2 + 7202 + 90 2 = 656100 = 810m.