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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|10|20) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-120|-30|60) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 8s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -70 -40 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -50 10 20 ) +t ( -70 -40 40 ) 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 10 20 ) +8 ( -70 -40 40 ) = ( -610 -310 340 ) , also im Punkt P(-610|-310|340).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|-50|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-170|130|230) angelangt.
Wie weit ist der Heißluftballon nach 7min geflogen?

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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 -50 50 ) +t ( -70 60 60 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 7 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 40 -50 50 ) +7 ( -70 60 60 ) = ( -450 370 470 ) , also im Punkt P(-450|370|470).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(40|-50|50) nach P(-450|370|470) bewegt, also um den Vektor AP = ( -490 420 420 ) . Dessen Länge ist (-490) 2 + 4202 + 420 2 = 592900 = 770m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (150|250|200) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-650|1050|600) angelangt.
Wie hoch ist die Geschwindigkeit der Rakete in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( -800 800 400 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( -800 800 400 ) = ( -200 200 100 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = (-200) 2 + 2002 + 100 2 = 90000 = 300.
Die Geschwindigkeit ist also v=300 m s = 1080 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-100|-150|150) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (500|1050|550) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 4950m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 600 1200 400 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 600 1200 400 ) = ( 150 300 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -100 -150 150 ) +t ( 150 300 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 100m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 150 auf 4950m (also 4800m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 4800 100 s = 48s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|-5|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 32,4km/h in Richtung des Punktes B (24|19|642) (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= 32400 m 3600 s = 9 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 24 24 -12 ) ist 24 2 + 242 + (-12) 2 = 1296 = 36 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 9 m s . braucht er für diese Strecke 36 9 s = 4s.
Punkt B wird als nach 4s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Uboot startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-3|9|0) (alle Angaben in Meter). Nach 1min geradliniger Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit ist es im Punkt B (15|-12|-18) angelangt.
Wie tief ist das Uboot, wenn es 3,96 km zurückgelegt hat? (bitte als Höhe angeben, also mit negativem Vorzeichen)

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Das Bewegungsobjekt legt in 1 min den Vektor AB = ( 18 -21 -18 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -3 9 0 ) +t ( 18 -21 -18 ) 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 = 18 2 + (-21)2 + (-18) 2 = 1089 = 33.
Die Geschwindigkeit ist also v=33 m min
Für die Strecke von 3.96 km braucht es also 3960 33 min = 120min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -3 9 0 ) +120 ( 18 -21 -18 ) = ( 2157 -2511 -2160 ) , also im Punkt P(2157|-2511|-2160).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also -2160 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 0 10 1 ) +t ( 59 3 -40 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-114|12|90) . Nach 2s ist sie im Punkt B (6|12|10) 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 = ( 120 0 -80 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 120 0 -80 ) = ( 60 0 -40 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -114 12 90 ) +t ( 60 0 -40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2s an der Stelle P1 ( 0 10 1 ) +2 ( 59 3 -40 ) = ( 118 16 -79 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( -114 12 90 ) +2 ( 60 0 -40 ) = ( 6 12 10 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(118|16|-79) und P2(6|12|10):
P1P2 = ( 6-118 12-16 10-( - 79 ) ) = ( -112 -4 89 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -112 -4 89 ) | = (-112) 2 + (-4)2 + 89 2 = 20481 ≈ 143.11184437355

Der Abstand ist also ca. 143.11 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-99|-83|1) . Nach 4s ist sie im Punkt B (-67|-115|2,2) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -1 -10 0,6 ) +t ( -10 -9 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 = ( 32 -32 1.2 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 32 -32 1.2 ) = ( 8 -8 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -99 -83 1 ) +t ( 8 -8 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 Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-54|-4|0,2) . Nach 1s ist sie im Punkt B (-50|0|0,4) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -10 0 0,9 ) +t ( -4 4 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.

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Die Seilbahngondel legt in 1s den Vektor AB = ( 4 4 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -54 -4 0.2 ) +t ( 4 4 0.2 ) 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.

( -10 0 0.9 ) +s ( -4 4 0.1 ) = ( -54 -4 0.2 ) +t ( 4 4 0.2 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-10-4s= -54+4t0+4s= -4+4t

-4s -4t = -44 (I) 4s -4t = -4 (II)
-4s -4t = -44 (I) 4s -4t = -4 (II)

langsame Rechnung einblenden1·(I) + 1·(II)

-4s -4t = -44 (I) ( -4 +4 )s +( -4 -4 )t = ( -44 -4 ) (II)
-4s -4t = -44 (I) -8t = -48 (II)
Zeile (II): -8t = -48

t = 6

eingesetzt in Zeile (I):

-4s -4·(6 ) = -44 | +24
-4 s = -20 | : (-4)

s = 5

L={(5 |6 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 5s und die Seilbahngondel nach 6s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 5s bei ( -10 0 0.9 ) +5 ( -4 4 0.1 ) = ( -30 20 1.4 ) , während die Seilbahngondel nach 6s bei ( -54 -4 0.2 ) +6 ( 4 4 0.2 ) = ( -30 20 1.4 ) ist.

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

1.4 - 1.4 = 0 m

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-40|0|40) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (20|60|70) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 4s seit seinem Start zurückgelegt?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 60 60 30 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 60 60 30 ) = ( 20 20 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -40 0 40 ) +t ( 20 20 10 ) 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 = ( -40 0 40 ) +4 ( 20 20 10 ) = ( 40 80 80 ) , also im Punkt P(40|80|80).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-40|0|40) nach P(40|80|80) bewegt, also um den Vektor AP = ( 80 80 40 ) . Dessen Länge ist 80 2 + 802 + 40 2 = 14400 = 120m.

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|-20|30) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-250|220|150) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 7s seit seinem Start zurückgelegt?

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

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 -20 30 ) +t ( -80 80 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 7 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -10 -20 30 ) +7 ( -80 80 40 ) = ( -570 540 310 ) , also im Punkt P(-570|540|310).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-10|-20|30) nach P(-570|540|310) bewegt, also um den Vektor AP = ( -560 560 280 ) . Dessen Länge ist (-560) 2 + 5602 + 280 2 = 705600 = 840m.