Seile im Hochseilgarten
AFB I–IIIn einem Hochseilgarten stehen drei Plattformen an den Punkten \(P_1(0|0|4)\), \(P_2(6|8|4)\) und \(P_3(6|8|10)\) (Koordinaten in m, \(x_3\) ist die Höhe über dem Waldboden). Zwischen den Plattformen werden Stahlseile geradlinig gespannt.
- Geben Sie den Verbindungsvektor \(\overrightarrow{P_1P_2}\) an.
- Berechnen Sie die Länge des Seils von \(P_1\) nach \(P_2\).
- Beschreiben Sie die Lage von \(P_3\) relativ zu \(P_2\).
- Entscheiden Sie, ob ein 12 m langes Seil für eine direkte Verbindung von \(P_1\) nach \(P_3\) ausreicht.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(\overrightarrow{P_1P_2}=(6-0\,|\,8-0\,|\,4-4)=(6|8|0)\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(|\overrightarrow{P_1P_2}|=\sqrt{36+64+0}=\sqrt{100}=10\). Das Seil ist 10 m lang.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(P_3\) hat dieselben \(x_1\)- und \(x_2\)-Koordinaten wie \(P_2\), liegt aber 6 m höher: \(P_3\) befindet sich senkrecht 6 m über \(P_2\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
\(\overrightarrow{P_1P_3}=(6|8|6)\), \(|\overrightarrow{P_1P_3}|=\sqrt{36+64+36}=\sqrt{136}\approx11{,}66\ \text{m}\).
Rechnerisch reicht das Seil (Reserve etwa 34 cm). Da für Knoten bzw. Befestigung und den Durchhang zusätzliche Länge nötig ist, ist die Reserve sehr knapp — sinnvoll ist ein längeres Seil. Beide Entscheidungen sind mit dieser Begründung vertretbar.
Drohnenflug mit knappem Akku
AFB II–IIIEine Drohne startet im Ursprung \(O(0|0|0)\) eines Sportplatzes, fliegt geradlinig zum Wegpunkt \(A(20|60|15)\), dann zu \(B(80|{-}20|15)\) und anschließend geradlinig zurück zum Start (Angaben in m). Laut Hersteller reicht eine Akkuladung für 250 m Flugstrecke. Die Fernsteuerung hat eine Reichweite von 90 m.
- Ermitteln Sie die Gesamtlänge des Fluges.
- Nehmen Sie Stellung zur Aussage: „Der Akku reicht für diesen Flug problemlos.“
- Untersuchen Sie, ob die Drohne auf dem Weg von \(A\) nach \(B\) die Reichweite der Fernsteuerung überschreitet.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(|\overrightarrow{OA}|=\sqrt{400+3600+225}=\sqrt{4225}=65\); \(\overrightarrow{AB}=(60|{-}80|0)\), \(|\overrightarrow{AB}|=100\); \(|\overrightarrow{OB}|=\sqrt{6400+400+225}=\sqrt{7025}\approx83{,}8\).
Gesamt: \(65+100+83{,}8\approx248{,}8\ \text{m}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Rechnerisch bleiben nur etwa 1,2 m Reserve. Das Modell vernachlässigt Start- und Landephase, Wind, Kurvenflug und die sinkende Akkuleistung bei Kälte. „Problemlos“ trifft daher nicht zu — der Flug sollte verkürzt oder mit vollem, warmem Akku bei Windstille geplant werden.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(X(t)=(20+60t\,|\,60-80t\,|\,15)\), \(d(t)^2=(20+60t)^2+(60-80t)^2+225=10\,000t^2-7200t+4225\).
Die Parabel ist nach oben geöffnet, ihr Maximum auf \([0;1]\) liegt deshalb an einem Rand: \(d(0)=65\), \(d(1)\approx83{,}8\). Die größte Entfernung beträgt etwa 83,8 m < 90 m — die Reichweite wird nicht überschritten. (Das Minimum liegt bei \(t=0{,}36\) mit \(d\approx54{,}1\ \text{m}\).)
