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B3

  1. 1

    Aufgabe 1

    In einem kartesischen Koordinatensystem sind die Punkte A(000),B,C(01000)A(0|0| 0), B, C(0|100| 0), D(00246),E(4864246)D(0|0| 246), E(48|64| 246) und F(0100246)F(0|100| 246) sowie der Punkt G(00146)G(0|0| 146) gegeben.

    Abbildung

    Abbildung

    1. Der in der Abbildung dargestellte Körper ABCDEFABCDEF ist ein dreieckiges Prisma.

      Geben Sie die Koordinaten des Punktes BB an. (1 P)

    2. Für a0a \geq 0 ist der Punkt Ga(00a)G_{a}(0|0| a) gegeben.

      Zeigen Sie, dass das Dreieck GaEFG_{a} E F für jedes a0a \geq 0 im Punkt EE rechtwinklig ist. (3 P)

    3. Der Punkt GaG_{a} soll die Strecke AD\overline{A D} im Verhältnis 2:12:1 teilen.

      Geben Sie ein a0a \geq 0 so an, dass GaG_{a} diese Bedingung erfüllt. (1 P)

    4. Für a=246a=246 gilt Ga=DG_{a}=D.

      Berechnen Sie den Flächeninhalt des Dreiecks DEFDEF und das Volumen des Prismas ABCDEFABCDEF. (3 P)

      [[Zur Kontrolle: VPrisma =590400  VEV_{\text {Prisma }}=590400\;\mathrm{VE}.]]

  2. 2

    Aufgabe 2

    Die Aufgabe 2 ist eine Fortsetzung der Aufgabe 1.

    In einem kartesischen Koordinatensystem sind die Punkte A(000),B,C(01000)A(0|0| 0), B, C(0|100| 0), D(00246),E(4864246)D(0|0| 246), E(48|64| 246) und F(0100246)F(0|100| 246) sowie der Punkt G(00146)G(0|0| 146) gegeben.

    Weiterhin bekannt ist der Flächeninhalt des Dreiecks ADEF=2400 FEA_{DEF}=2400\mathrm{~FE} und das Volumen des Prismas aus Aufgabe 1: VPrisma =590400 VE.V_{\text {Prisma }}=590400\mathrm{~VE}.

    Abbildung

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    Ein Architekturbüro plant den Neubau eines Wolkenkratzers, der durch den Körper mit den Eckpunkten ABCGEFABCGEF modelliert wird, wobei im gewählten Koordinatensystem eine Längeneinheit einem Meter in der Realität entspricht.

    1. Die Länge der Kante AG\overline{A G} musste wegen der geltenden Bauvorschriften im Vergleich zur Länge der Kante AD\overline{A D} um 100 m100\mathrm{~m} auf 146 m146\mathrm{~m} reduziert werden. Durch diese Reduzierung wird von dem Prisma ABCDEFA B C D E F eine Pyramide mit der Grundfläche DEFD E F abgeschnitten.

      Berechnen Sie, um wie viel Prozent sich das Volumen des Gebäudes ABCGEFABCGEF im Vergleich zum Volumen des Prismas ABCDEFABCDEF verkleinert hat. (2 P)

    2. Berechnen Sie den Winkel zwischen den Kanten FC\overline{F C} und FG\overline{F G}. (2 P)

  3. 3

    Aufgabe 3

    Die Aufgabe 3 ist eine Fortsetzung der Aufgabe 1.

    In einem kartesischen Koordinatensystem sind die Punkte A(000),B,C(01000)A(0|0| 0), B, C(0|100| 0), D(00246),E(4864246)D(0|0| 246), E(48|64| 246) und F(0100246)F(0|100| 246) sowie der Punkt G(00146)G(0|0| 146) gegeben.

    Abbildung

    Abbildung

    1. Zeigen Sie, dass EDach :x=(4864246)+s(4864100)+t(48360),sR,tR\def\arraystretch{1.25} E_{\text {Dach }}: \vec{x}=\left(\begin{array}{c}48 \\ 64 \\ 246\end{array}\right)+s \cdot\left(\begin{array}{c}-48 \\ -64 \\ -100\end{array}\right)+t \cdot\left(\begin{array}{c}-48 \\ 36 \\ 0\end{array}\right), s \in \mathbb{R}, t \in \mathbb{R}, eine Parametergleichung der Ebene ist, in der die Dachfläche GEFGEF liegt. (2 P)

    2. Alle Punkte der dreieckigen Dachfläche GEFGEF sind gegeben durch

      x=(4864246)+s(4864100)+t(48360),s0,t0,s+t1\def\arraystretch{1.25} \vec{x}=\left(\begin{array}{c}48 \\64 \\246\end{array}\right)+s \cdot\left(\begin{array}{c}-48 \\-64 \\-100\end{array}\right)+t \cdot\left(\begin{array}{c}-48 \\36 \\0\end{array}\right), s \geq 0, t \geq 0, s+t \leq 1

      Ein Lufttaxi soll den Wolkenkratzer mit einem anderen Wolkenkratzer verbinden. Im letzten Teil des Fluges soll es auf einer Strecke fliegen, die vereinfachend als Teil der Geraden g:x=(410200)+k(371),kR\def\arraystretch{1.25} g: \vec{x}=\left(\begin{array}{c}4 \\ 10 \\ 200\end{array}\right)+k \cdot\left(\begin{array}{c}3 \\ 7 \\ -1\end{array}\right), k \in \mathbb{R}, modelliert werden kann.

      Zeigen Sie rechnerisch, dass die Gerade gg einen Punkt der dreieckigen Dachfläche GEFGEF enthält. (4 P)

    3. Ein weiteres Lufttaxi erreicht im Punkt Q(1638196)Q(16|38| 196) die Dachfläche, nachdem es 45 m45\mathrm{~m} auf einer Strecke in Richtung v=(10112)\def\arraystretch{1.25} \vec{v}=\left(\begin{array}{c}10 \\ 11 \\ -2\end{array}\right) geflogen ist.

      Ermitteln Sie den Startpunkt dieser geradlinigen Flugstrecke. (2 P)


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