Änderungen von Dokument BPE 16.6 Abstände und Volumina

Zusammenfassung

• Seiteneigenschaften (2 geändert, 0 hinzugefügt, 0 gelöscht)

Details

Seiteneigenschaften

Dokument-Autor

...	...	@@ -1,1 +1,1 @@
1		-XWiki.holgerengels
	1	+XWiki.martinrathgeb

Inhalt

...	...	@@ -3,5 +3,165 @@
3	3	[[Kompetenzen.K5]] Ich kann Abstände bestimmen.
4	4	[[Kompetenzen.K5]] [[Kompetenzen.K4]] Ich kann Volumen von elementaren geometrischen Objekten im Raum berechnen.
5	5
	6	+{{aufgabe id="Abstand zweier Punkte" afb="II" kompetenzen="K1, K6" quelle="Martin Stern, Dirk Tebbe" zeit="15"}}
	7	+Es sind zwei Punkte //P// und //Q// gegeben:
	8	+{{formula}}P(1|3|5){{/formula}}, {{formula}}Q(1|5|3){{/formula}}
	9	+(%class=abc%)
	10	+1. Bestimme den Abstand //d//, den //Q// von //P// hat.
	11	+1. Bestimme einen weiteren Punkt //R//, der ebenfalls den Abstand //d// zu Punkt //P// hat.
	12	+{{/aufgabe}}
6	6
	14	+{{aufgabe id="Abstand als Minimalproblem" afb="II" kompetenzen="K1,K2,K4,K6" quelle="Martin Rathgeb" niveau=e zeit="15"}}
	15	+Die Punkte {{formula}}A{{/formula}} und {{formula}}B{{/formula}} legen eine Gerade {{formula}}g(A;B){{/formula}} fest, auf welcher der Punkt {{formula}}C{{/formula}} nicht liegt. Die Punkte {{formula}}A{{/formula}}, {{formula}}B{{/formula}} und {{formula}}C{{/formula}} legen eine Ebene {{formula}}E(A;B;C){{/formula}} fest, in welcher der Punkt {{formula}}P{{/formula}} nicht liegt. Betrachtet werden die drei Abstände
7	7
	17	+{{formula}}
	18	+d(P;A), \quad d(P;g(A;B)), \quad d(P;E(A;B;C)).
	19	+{{/formula}}
	20	+
	21	+(%class=abc%)
	22	+1. (((
	23	+Ordne die drei Abstände der Größe nach. Begründe deine Entscheidung ohne Rechnung.
	24	+
	25	+Zeige dazu:
	26	+
	27	+{{formula}}
	28	+\{A\}\subset g(A;B)\subset E(A;B;C)
	29	+{{/formula}}
	30	+
	31	+und leite daraus eine Beziehung zwischen den drei Abständen her.
	32	+)))
	33	+1. (((
	34	+Beschreibe jeden der drei Abstände als Minimierungsproblem der Form
	35	+
	36	+{{formula}}
	37	+d(P;M)=\min\{\,|\overrightarrow{PX}| \mid X \in M\,\}.
	38	+{{/formula}}
	39	+
	40	+Gib jeweils die passende Menge {{formula}}M{{/formula}} an.
	41	+)))
	42	+1. (((
	43	+Untersuche die Gleichheitsfälle:
	44	+
	45	+* Wann gilt {{formula}}d(P;A)=d(P;g(A;B)){{/formula}}?
	46	+* Wann gilt {{formula}}d(P;g(A;B))=d(P;E(A;B;C)){{/formula}}?
	47	+
	48	+Beschreibe die jeweilige Lage von {{formula}}P{{/formula}} geometrisch.
	49	+)))
	50	+1. (((
	51	+Beschreibe für die drei Fälle den Punkt {{formula}}F\in M{{/formula}}, der den jeweiligen Abstand realisiert.
	52	+
	53	+Formuliere jeweils die geometrische Bedingung, die dieser Punkt erfüllt.
	54	+)))
	55	+1. (((
	56	+Formuliere eine allgemeine Aussage:
	57	+
	58	+{{formula}}
	59	+M_1\subset M_2 \Rightarrow d(P;M_2)\le d(P;M_1).
	60	+{{/formula}}
	61	+
	62	+Erläutere diese Aussage geometrisch.
	63	+)))
	64	+{{/aufgabe}}
	65	+
	66	+{{aufgabe id="Abstandsproblem Drohne" afb="II" kompetenzen="K2,K3,K4,K5,K6" quelle="Martin Rathgeb" niveau=e zeit="20"}}
	67	+Eine Drohne befindet sich im Punkt {{formula}}P(6\mid 4\mid 5){{/formula}}.
	68	+
	69	+Eine Landefläche liegt in der Ebene {{formula}}E: z=0{{/formula}}.
	70	+Eine Begrenzungslinie dieser Fläche wird durch die Gerade
	71	+{{formula}}g:\ \vec{x}=\begin{pmatrix}0\\0\\0\end{pmatrix}+t\begin{pmatrix}4\\2\\0\end{pmatrix}{{/formula}}
	72	+beschrieben.
	73	+Ein Referenzpunkt auf der Fläche ist {{formula}}A(2\mid 1\mid 0){{/formula}}.
	74	+
	75	+(%class=abc%)
	76	+1. (((
	77	+Fertige eine räumliche Skizze der Situation an.
	78	+Zeichne die Ebene {{formula}}E{{/formula}} als Grundfläche, die Gerade {{formula}}g{{/formula}} in der Ebene sowie die Punkte {{formula}}P{{/formula}} und {{formula}}A{{/formula}}.
	79	+
	80	+Markiere in deiner Skizze:
	81	+* die Verbindung {{formula}}PA{{/formula}},
	82	+* den kürzesten Abstand von {{formula}}P{{/formula}} zur Ebene {{formula}}E{{/formula}},
	83	+* eine Verbindung von {{formula}}P{{/formula}} zur Geraden {{formula}}g{{/formula}}.
	84	+)))
	85	+1. (((
	86	+Bestimme den Abstand der Drohne zur Landefläche {{formula}}E{{/formula}}.
	87	+Gib zusätzlich die Koordinaten des zugehörigen Lotfußpunkts {{formula}}F_E{{/formula}} an.
	88	+)))
	89	+1. (((
	90	+Bestimme den Abstand der Drohne zur Begrenzungslinie {{formula}}g{{/formula}}.
	91	+Berechne dazu einen geeigneten Punkt {{formula}}F_g \in g{{/formula}}, der den Abstand realisiert.
	92	+)))
	93	+1. (((
	94	+Bestimme den Abstand der Drohne zum Referenzpunkt {{formula}}A{{/formula}}.
	95	+)))
	96	+1. (((
	97	+Vergleiche die drei berechneten Abstände miteinander.
	98	+
	99	+Überprüfe anhand deiner Ergebnisse die Vermutung aus der Strukturaufgabe und erläutere kurz, wie sich die Lage der Mengen {{formula}}\{A\}{{/formula}}, {{formula}}g{{/formula}} und {{formula}}E{{/formula}} auf die Abstände auswirkt.
	100	+)))
	101	+1. (((
	102	+Die Drohne soll sich so bewegen, dass der Abstand zur Begrenzungslinie {{formula}}g{{/formula}} möglichst schnell kleiner wird, ohne zunächst Höhe zu verlieren.
	103	+
	104	+Beschreibe eine geeignete Bewegungsrichtung und begründe deine Wahl geometrisch.
	105	+)))
	106	+{{/aufgabe}}
	107	+
	108	+{{aufgabe id="Problemlösen durch Rückführung" afb="III" kompetenzen="K1,K2,K4,K6" quelle="Martin Rathgeb" niveau=e zeit="15"}}
	109	+Gegeben seien zwei windschiefe Geraden
	110	+
	111	+{{formula}}
	112	+g_1:\ \vec{x}=\vec{p}_1+r\vec{u}_1
	113	+{{/formula}}
	114	+
	115	+und
	116	+
	117	+{{formula}}
	118	+g_2:\ \vec{x}=\vec{p}_2+s\vec{u}_2.
	119	+{{/formula}}
	120	+
	121	+Der Abstand zweier windschiefer Geraden ist kein eigener Inhalt des Bildungsplans. In dieser Aufgabe soll das neue Problem auf ein bereits bekanntes Abstandsproblem zurückgeführt werden.
	122	+
	123	+(%class=abc%)
	124	+1. (((
	125	+Die Idee ist, eine Ebene zu konstruieren, die {{formula}}g_1{{/formula}} enthält und parallel zu {{formula}}g_2{{/formula}} ist.
	126	+
	127	+Zeige, dass die Ebene
	128	+
	129	+{{formula}}
	130	+E:\ \vec{x}=\vec{p}_1+r\vec{u}_1+t\vec{u}_2
	131	+{{/formula}}
	132	+
	133	+die Gerade {{formula}}g_1{{/formula}} enthält.
	134	+)))
	135	+1. (((
	136	+Zeige, dass {{formula}}g_2{{/formula}} parallel zur Ebene {{formula}}E{{/formula}} verläuft.
	137	+)))
	138	+1. (((
	139	+Erkläre geometrisch, weshalb gilt:
	140	+
	141	+{{formula}}
	142	+d(g_1;g_2)=d(g_2;E).
	143	+{{/formula}}
	144	+)))
	145	+1. (((
	146	+Erkläre, weshalb der Abstand der Geraden {{formula}}g_2{{/formula}} zur Ebene {{formula}}E{{/formula}} durch den Abstand eines beliebigen Punktes {{formula}}P_2\in g_2{{/formula}} zur Ebene {{formula}}E{{/formula}} bestimmt werden kann:
	147	+
	148	+{{formula}}
	149	+d(g_2;E)=d(P_2;E).
	150	+{{/formula}}
	151	+)))
	152	+1. (((
	153	+Fasse die Rückführung zusammen:
	154	+
	155	+{{formula}}
	156	+d(g_1;g_2)=d(P_2;E)
	157	+{{/formula}}
	158	+
	159	+mit
	160	+
	161	+{{formula}}
	162	+E:\ \vec{x}=\vec{p}_1+r\vec{u}_1+t\vec{u}_2.
	163	+{{/formula}}
	164	+
	165	+Beschreibe die verwendete Problemlösestrategie in einem Satz.
	166	+)))
	167	+{{/aufgabe}}