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 (50|-10|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-70|-250|80) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 12min?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( -120 -240 30 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -120 -240 30 ) = ( -40 -80 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 50 -10 50 ) +t ( -40 -80 10 ) 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 = ( 50 -10 50 ) +12 ( -40 -80 10 ) = ( -430 -970 170 ) , also im Punkt P(-430|-970|170).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-20|10|10) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (-340|-150|50) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 10s seit seinem Start zurückgelegt?

Lösung einblenden

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 = ( -20 10 10 ) +t ( -80 -40 10 ) 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 10 10 ) +10 ( -80 -40 10 ) = ( -820 -390 110 ) , also im Punkt P(-820|-390|110).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-20|10|10) nach P(-820|-390|110) bewegt, also um den Vektor AP = ( -800 -400 100 ) . Dessen Länge ist (-800) 2 + (-400)2 + 100 2 = 810000 = 900m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|50|0) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (170|130|20) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( 160 80 20 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 160 80 20 ) = ( 80 40 10 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 80 2 + 402 + 10 2 = 8100 = 90.
Die Geschwindigkeit ist also v=90 m s = 324 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|50|40) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-110|-90|120) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 600m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -80 -140 80 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -80 -140 80 ) = ( -40 -70 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -30 50 40 ) +t ( -40 -70 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 40m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 40 auf 600m (also 560m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 560 40 s = 14s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Seilbahn fährt zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-1|0|654) in der Bergstation los und fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 32,4km/h in Richtung des Punktes B (35|-36|636) (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= 32400 m 3600 s = 9 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 36 -36 -18 ) ist 36 2 + (-36)2 + (-18) 2 = 2916 = 54 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 9 m s . braucht er für diese Strecke 54 9 s = 6s.
Punkt B wird als nach 6s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Uboot startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-12|-9|0) (alle Angaben in Meter). Nach 1min geradliniger Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit ist es im Punkt B (0|12|-12) angelangt.
Wie tief ist das Uboot, wenn es 6,48 km zurückgelegt hat? (bitte als Höhe angeben, also mit negativem Vorzeichen)

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1 min den Vektor AB = ( 12 21 -12 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -12 -9 0 ) +t ( 12 21 -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 = 12 2 + 212 + (-12) 2 = 729 = 27.
Die Geschwindigkeit ist also v=27 m min
Für die Strecke von 6.48 km braucht es also 6480 27 min = 240min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -12 -9 0 ) +240 ( 12 21 -12 ) = ( 2868 5031 -2880 ) , also im Punkt P(2868|5031|-2880).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also -2880 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 4 -8 -1 ) +t ( -10 -2 11 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (42|8|-29) . Nach 1s ist sie im Punkt B (32|4|-17) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 3s von einander entfernt?

Lösung einblenden

Die Seilbahngondel legt in 1s den Vektor AB = ( -10 -4 12 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 42 8 -29 ) +t ( -10 -4 12 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 3s an der Stelle P1 ( 4 -8 -1 ) +3 ( -10 -2 11 ) = ( -26 -14 32 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 42 8 -29 ) +3 ( -10 -4 12 ) = ( 12 -4 7 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-26|-14|32) und P2(12|-4|7):
P1P2 = ( 12-( - 26 ) -4-( - 14 ) 7-32 ) = ( 38 10 -25 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 38 10 -25 ) | = 38 2 + 102 + (-25) 2 = 2169 ≈ 46.57252408878

Der Abstand ist also ca. 46.57 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -5 -6 0,9 ) +t ( 3 -8 0,1 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (22|-53|0,4) . Nach 3min ist es im Punkt B (13|-44|1) angelangt.
Wann sind die beiden Flugzeuge auf gleicher Höhe?

Lösung einblenden

Das Flugzeug F2 legt in 3min den Vektor AB = ( -9 9 0.6 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( -9 9 0.6 ) = ( -3 3 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 22 -53 0.4 ) +t ( -3 3 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:

0,1t +0,9 = 0,2t +0,4 | -0,9 -0,2t
-0,1t = -0,5 |:(-0,1 )
t = 5

nach 5 min sind also beide auf gleicher Höhe: 0,15 +0,9 = 1.4 = 0,25 +0,4


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (7|-7|0,5) . Nach 5s ist sie im Punkt B (-13|-47|3) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -24 -96 1 ) +t ( 3 9 0,4 ) . (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 5s den Vektor AB = ( -20 -40 2.5 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( -20 -40 2.5 ) = ( -4 -8 0.5 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 7 -7 0.5 ) +t ( -4 -8 0.5 ) 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.

( -24 -96 1 ) +s ( 3 9 0.4 ) = ( 7 -7 0.5 ) +t ( -4 -8 0.5 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-24+3s= 7-4t-96+9s= -7-8t

3s +4t = 31 (I) 9s +8t = 89 (II)
3s +4t = 31 (I) 9s +8t = 89 (II)

langsame Rechnung einblenden3·(I) -1·(II)

3s 4t = 31 (I) ( 9 -9 )s +( 12 -8 )t = ( 93 -89 ) (II)
3s +4t = 31 (I) +4t = 4 (II)
Zeile (II): +4t = 4

t = 1

eingesetzt in Zeile (I):

3s +4·(1 ) = 31 | -4
3 s = 27 | : 3

s = 9

L={(9 |1 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 9s und die Seilbahngondel nach 1s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 9s bei ( -24 -96 1 ) +9 ( 3 9 0.4 ) = ( 3 -15 4.6 ) , während die Seilbahngondel nach 1s bei ( 7 -7 0.5 ) +1 ( -4 -8 0.5 ) = ( 3 -15 1 ) ist.

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

4.6 - 1 = 3.6 m

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-20|20) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (-150|220|50) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 410m erreicht?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( -120 240 30 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -120 240 30 ) = ( -40 80 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -30 -20 20 ) +t ( -40 80 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 410m (also 390m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 390 10 s = 39s lang steigen (bzw. sinken).

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (200|250|100) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (0|50|200) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 11s?

Lösung einblenden

Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -200 -200 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 200 250 100 ) +t ( -200 -200 100 ) 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 = ( 200 250 100 ) +11 ( -200 -200 100 ) = ( -2000 -1950 1200 ) , also im Punkt P(-2000|-1950|1200).