Abi 2016 Geometrie II Teil B

Mathematik (Bayern): Abiturprüfung 2016 Geometrie II - Teil B Download der Originalaufgaben - Lösung zum Ausdrucken

Aufgabe 1 Für die Fernsehübertragung eines Fußballspiels wird über dem Spielfeld eine bewegliche Kamera installiert. Ein Seilzugsystem, das an vier Masten befestigt wird, hält die Kamera in der gewünschten Position. Seilwinden, welche die Seile koordiniert verkürzen und verlängern, ermöglichen eine Bewegung der Kamera. In der Abbildung ist das horizontale Spielfeld modellhaft als Rechteck in der x1x2 -Ebene eines kartesischen Koordinatensystems dargestellt. Die Punkte W1, W2 , W3 und W4 beschreiben die Positionen der vier Seilwinden. Eine Längeneinheit im Koordinatensystem entspricht 1 m in der Realität, d. h. alle vier Seilwinden sind in einer Höhe von 30 m angebracht. Der Punkt A (45 | 60 | 0) beschreibt die Lage des Anstoßpunkts auf dem Spielfeld. Die Kamera befindet sich zunächst in einer Höhe von 25 m vertikal über dem Anstoßpunkt. Um den Anstoß zu filmen, wird die Kamera um 19 m vertikal abgesenkt. In der Abbildung ist die ursprüngliche Kameraposition durch den Punkt K0 , die abgesenkte Position durch den Punkt K1 dargestellt. a) Berechnen Sie die Seillänge, die von jeder der vier Seilwinden abgerollt werden muss, um dieses Absenken zu ermöglichen, wenn man davon ausgeht, dass die Seile geradlinig verlaufen. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] 700px Kurze Zeit später legt sich ein Torhüter den Ball für einen Abstoß bereit. Der Abstoß soll von der Kamera aufgenommen werden. Durch das gleichzeitige Verlängern beziehungsweise Verkürzen der vier Seile wird die Kamera entlang einer geraden Bahn zu einem Zielpunkt bewegt, der in einer Höhe von 10 m über dem Spielfeld liegt. Im Modell wird der Zielpunkt durch den Punkt K2 beschrieben, die Bewegung der Kamera erfolgt vom Punkt K1 entlang der Geraden g mit der Gleichung $g:\vec{X} = \vec{K_{1}} + \lambda \cdot \begin{pmatrix} 3\\20\\2\end{pmatrix} \lambda \in \mathbb{R}$ zum Punkt K2. b) Bestimmen Sie die Koordinaten von K2. (Ergebnis: K2(51/100/10)) [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] 700px c) Im Zielpunkt ist die Kamera zunächst senkrecht nach unten orientiert. Um die Position des Balls anzuvisieren, die im Modell durch den Punkt B(40|105|0) beschrieben wird, muss die Kamera gedreht werden. Berechnen Sie die Größe des erforderlichen Drehwinkels. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] 700px Der Torwart führt den Abstoß aus. Der höchste Punkt der Flugbahn des Balls wird im Modell durch den Punkt H(50 | 70 |15) beschrieben. d) Ermitteln Sie eine Gleichung der durch die Punkte W1, W2 und K2 festgelegten Ebene E in Normalenform und weisen Sie nach, dass H unterhalb von E liegt. (Mögliches Teilergebnis: E : x2+ 5x3 -150 = 0 ) [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] 700px e)Machen Sie plausibel, dass folgende allgemeine Schlussfolgerung falsch ist: „Liegen der Startpunkt und der anvisierte höchste Punkt einer Flugbahn des Balls im Modell unterhalb der Ebene E, so kann der Ball entlang seiner Bahn die Seile, die durch [W1K2] und [W2K2] beschrieben werden, nicht berühren.“ [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] 700px