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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-30|30) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-150|-270|110) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 5s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -120 -240 80 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -120 -240 80 ) = ( -30 -60 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -30 -30 30 ) +t ( -30 -60 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 5 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -30 -30 30 ) +5 ( -30 -60 20 ) = ( -180 -330 130 ) , also im Punkt P(-180|-330|130).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|40|30) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-220|-140|90) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 8s seit seinem Start zurückgelegt?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( -270 -180 60 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -270 -180 60 ) = ( -90 -60 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 50 40 30 ) +t ( -90 -60 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 8 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 50 40 30 ) +8 ( -90 -60 20 ) = ( -670 -440 190 ) , also im Punkt P(-670|-440|190).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(50|40|30) nach P(-670|-440|190) bewegt, also um den Vektor AP = ( -720 -480 160 ) . Dessen Länge ist (-720) 2 + (-480)2 + 160 2 = 774400 = 880m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-100|250|250) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (350|550|350) angelangt.
Wie hoch ist die Geschwindigkeit der Rakete in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( 450 300 100 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 450 2 + 3002 + 100 2 = 302500 = 550.
Die Geschwindigkeit ist also v=550 m s = 1980 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|-30|20) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-310|130|60) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 500m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -320 160 40 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -320 160 40 ) = ( -80 40 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 10 -30 20 ) +t ( -80 40 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 10m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 20 auf 500m (also 480m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 480 10 s = 48s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (150|0|150) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2160km/h in Richtung des Punktes B (2150|-2000|1150) (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= 2160000 m 3600 s = 600 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 2000 -2000 1000 ) ist 2000 2 + (-2000)2 + 1000 2 = 9000000 = 3000 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 600 m s . braucht er für diese Strecke 3000 600 s = 5s.
Punkt B wird als nach 5s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Uboot startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (15|-3|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4min geradliniger Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit ist es im Punkt B (111|-99|-48) angelangt.
Wie tief ist das Uboot, wenn es 7,92 km zurückgelegt hat? (bitte als Höhe angeben, also mit negativem Vorzeichen)

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Das Bewegungsobjekt legt in 4 min den Vektor AB = ( 96 -96 -48 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 96 -96 -48 ) = ( 24 -24 -12 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( 15 -3 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 + (-24)2 + (-12) 2 = 1296 = 36.
Die Geschwindigkeit ist also v=36 m min
Für die Strecke von 7.92 km braucht es also 7920 36 min = 220min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 15 -3 0 ) +220 ( 24 -24 -12 ) = ( 5295 -5283 -2640 ) , also im Punkt P(5295|-5283|-2640).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also -2640 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 2 5 2 ) +t ( 5 0 -5 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-12|13|21) . Nach 2s ist sie im Punkt B (0|9|11) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 2s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( 12 -4 -10 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 12 -4 -10 ) = ( 6 -2 -5 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -12 13 21 ) +t ( 6 -2 -5 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2s an der Stelle P1 ( 2 5 2 ) +2 ( 5 0 -5 ) = ( 12 5 -8 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( -12 13 21 ) +2 ( 6 -2 -5 ) = ( 0 9 11 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(12|5|-8) und P2(0|9|11):
P1P2 = ( 0-12 9-5 11-( - 8 ) ) = ( -12 4 19 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -12 4 19 ) | = (-12) 2 + 42 + 19 2 = 521 ≈ 22.825424421027

Der Abstand ist also ca. 22.83 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-25|20|1) . Nach 1s ist sie im Punkt B (-19|18|1,4) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 6 10 0,5 ) +t ( -1 0 0,5 ) . (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 1s den Vektor AB = ( 6 -2 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -25 20 1 ) +t ( 6 -2 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:

0,5t +0,5 = 0,4t +1 | -0,5 -0,4t
0,1t = 0,5 |:0,1
t = 5

nach 5 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,55 +0,5 = 3 = 0,45 +1


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-14|-10|0) . Nach 2s ist sie im Punkt B (-8|-4|0,6) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 1 1,8 ) +t ( 3 1 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.

Lösung einblenden

Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( 6 6 0.6 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 6 6 0.6 ) = ( 3 3 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -14 -10 0 ) +t ( 3 3 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.

( -5 1 1.8 ) +s ( 3 1 0.1 ) = ( -14 -10 0 ) +t ( 3 3 0.3 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-5+3s= -14+3t1+1s= -10+3t

3s -3t = -9 (I) s -3t = -11 (II)
3s -3t = -9 (I) s -3t = -11 (II)

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

3s -3t = -9 (I) ( 3 -3 )s +( -3 +9 )t = ( -9 +33 ) (II)
3s -3t = -9 (I) +6t = 24 (II)
Zeile (II): +6t = 24

t = 4

eingesetzt in Zeile (I):

3s -3·(4 ) = -9 | +12
3 s = 3 | : 3

s = 1

L={(1 |4 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 1s und die Seilbahngondel nach 4s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 1s bei ( -5 1 1.8 ) +1 ( 3 1 0.1 ) = ( -2 2 1.9 ) , während die Seilbahngondel nach 4s bei ( -14 -10 0 ) +4 ( 3 3 0.3 ) = ( -2 2 1.2 ) ist.

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

1.9 - 1.2 = 0.7 m

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|-50|100) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (600|-850|500) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 4500m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( 800 -800 400 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 800 -800 400 ) = ( 400 -400 200 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -200 -50 100 ) +t ( 400 -400 200 ) 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 100 auf 4500m (also 4400m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 4400 200 s = 22s lang steigen (bzw. sinken).

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|30|20) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-180|-240|80) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 740m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( -180 -270 60 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -180 -270 60 ) = ( -60 -90 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 30 20 ) +t ( -60 -90 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 20 auf 740m (also 720m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 720 20 min = 36min lang steigen (bzw. sinken).