nach Aufgabentypen suchen

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Browserfenster aktualisieren (F5), um neue Beispiele bei den Aufgabentypen zu sehen

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|30|10) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (-150|190|90) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 12min?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2min den Vektor AB = ( -160 160 80 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( -160 160 80 ) = ( -80 80 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 10 30 10 ) +t ( -80 80 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 12 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 10 30 10 ) +12 ( -80 80 40 ) = ( -950 990 490 ) , also im Punkt P(-950|990|490).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-200|-250|150) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-800|-850|450) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 12s geflogen?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -600 -600 300 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -600 -600 300 ) = ( -300 -300 150 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -200 -250 150 ) +t ( -300 -300 150 ) 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 = ( -200 -250 150 ) +12 ( -300 -300 150 ) = ( -3800 -3850 1950 ) , also im Punkt P(-3800|-3850|1950).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-200|-250|150) nach P(-3800|-3850|1950) bewegt, also um den Vektor AP = ( -3600 -3600 1800 ) . Dessen Länge ist (-3600) 2 + (-3600)2 + 1800 2 = 29160000 = 5400m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|30|20) (alle Angaben in Meter). Nach 2min ist er im Punkt B (110|-90|140) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2min den Vektor AB = ( 140 -120 120 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 2 ( 140 -120 120 ) = ( 70 -60 60 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 70 2 + (-60)2 + 60 2 = 12100 = 110.
Die Geschwindigkeit ist also v=110 m min = 6.6 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|20|30) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (60|50|50) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 170m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( 60 30 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 20 30 ) +t ( 60 30 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 30 auf 170m (also 140m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 140 20 s = 7s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-1|3|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 10,8km/h in Richtung des Punktes B (-19|-15|645) (alle Koordinatenangaben in Meter). Ihre Bewegungsbahn soll als geradlinig angenommen werden.
Wann kommt die Seilbahngondel im Punkt B an?

Lösung einblenden

Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 10800 m 3600 s = 3 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -18 -18 -9 ) ist (-18) 2 + (-18)2 + (-9) 2 = 729 = 27 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 3 m s . braucht er für diese Strecke 27 3 s = 9s.
Punkt B wird als nach 9s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-18|0|0) (alle Angaben in Meter). Da der Wind extrem gleichmäßig ist, fliegt er mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn. Nach 4min ist er im Punkt B (-114|-168|96) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 7,56 km zurückgelegt hat?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 4 min den Vektor AB = ( -96 -168 96 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( -96 -168 96 ) = ( -24 -42 24 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -18 0 0 ) +t ( -24 -42 24 ) 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 + (-42)2 + 24 2 = 2916 = 54.
Die Geschwindigkeit ist also v=54 m min
Für die Strecke von 7.56 km braucht es also 7560 54 min = 140min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -18 0 0 ) +140 ( -24 -42 24 ) = ( -3378 -5880 3360 ) , also im Punkt P(-3378|-5880|3360).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 3360 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 8 8 -1 ) +t ( -1 -3 4 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (12|18|-6) . Nach 3min ist es im Punkt B (6|9|6) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 5min von einander entfernt?

Lösung einblenden

F2 legt in 3min den Vektor AB = ( -6 -9 12 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -6 -9 12 ) = ( -2 -3 4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 12 18 -6 ) +t ( -2 -3 4 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 5min an der Stelle P1 ( 8 8 -1 ) +5 ( -1 -3 4 ) = ( 3 -7 19 ) ; F2 an der Stelle P2 ( 12 18 -6 ) +5 ( -2 -3 4 ) = ( 2 3 14 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(3|-7|19) und P2(2|3|14):
P1P2 = ( 2-3 3-( - 7 ) 14-19 ) = ( -1 10 -5 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -1 10 -5 ) | = (-1) 2 + 102 + (-5) 2 = 126 ≈ 11.224972160322

Der Abstand ist also ca. 11.22 km.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-64|-13|1,6) . Nach 2s ist sie im Punkt B (-60|1|2) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -2 0 0,7 ) +t ( -7 1 0,3 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn).
Wann sind die Seilbahngondel und die Drohne auf gleicher Höhe?

Lösung einblenden

Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( 4 14 0.4 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 4 14 0.4 ) = ( 2 7 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -64 -13 1.6 ) +t ( 2 7 0.2 ) 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:

0,3t +0,7 = 0,2t +1,6 | -0,7 -0,2t
0,1t = 0,9 |:0,1
t = 9

nach 9 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,39 +0,7 = 3.4 = 0,29 +1,6


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -68 5 0,6 ) +t ( 5 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|8|0,9) . Nach 1min ist es im Punkt B (-8|11|1) 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?

Lösung einblenden

Das Flugzeug F2 legt in 1min den Vektor AB = ( -5 3 0.1 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -3 8 0.9 ) +t ( -5 3 0.1 ) 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.

( -68 5 0.6 ) +s ( 5 4 0.2 ) = ( -3 8 0.9 ) +t ( -5 3 0.1 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-68+5s= -3-5t5+4s= 8+3t

5s +5t = 65 (I) 4s -3t = 3 (II)
5s +5t = 65 (I) 4s -3t = 3 (II)

langsame Rechnung einblenden4·(I) -5·(II)

5s 5t = 65 (I) ( 20 -20 )s +( 20 +15 )t = ( 260 -15 ) (II)
5s +5t = 65 (I) +35t = 245 (II)
Zeile (II): +35t = 245

t = 7

eingesetzt in Zeile (I):

5s +5·(7 ) = 65 | -35
5 s = 30 | : 5

s = 6

L={(6 |7 )}

Das heißt also, dass das Flugzeug F1 nach 6min und das Flugzeug F2 nach 7min an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

das Flugzeug F1 ist also nach 6min bei ( -68 5 0.6 ) +6 ( 5 4 0.2 ) = ( -38 29 1.8 ) , während das Flugzeug F2 nach 7min bei ( -3 8 0.9 ) +7 ( -5 3 0.1 ) = ( -38 29 1.6 ) ist.

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

1.8 - 1.6 = 0.2 km

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|40|30) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-70|100|60) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 240m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( -60 60 30 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 40 30 ) +t ( -60 60 30 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 30m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 30 auf 240m (also 210m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 210 30 min = 7min lang steigen (bzw. sinken).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|50|0) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (140|-110|80) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 10s seit seinem Start zurückgelegt?

Lösung einblenden

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 = ( -20 50 0 ) +t ( 40 -40 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 10 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -20 50 0 ) +10 ( 40 -40 20 ) = ( 380 -350 200 ) , also im Punkt P(380|-350|200).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-20|50|0) nach P(380|-350|200) bewegt, also um den Vektor AP = ( 400 -400 200 ) . Dessen Länge ist 400 2 + (-400)2 + 200 2 = 360000 = 600m.