Lösung zur Aufgabe Nr. 2, S. 74 (Stark Mathematik Lk Hessen)

Thursday November 22, 2007 07:05 AM


(%i1) "Teil a) Abstand d(Spitze Funkturm,Gleitpfad)"$


(%i2) "Position F Funkturm"$


(%i3) F: transpose(matrix ([100,200,0]));
				    [ 100 ]
				    [	  ]
(%o3) 				    [ 200 ]
				    [	  ]
				    [  0  ]

(%i4) "x-Vektor xvec"$


(%i5) xvec : transpose(matrix ([x,y,z]));
				     [ x ]
				     [	 ]
(%o5) 				     [ y ]
				     [	 ]
				     [ z ]

(%i6) "Aufpunkt stuetzvec"$


(%i7) stuetzg1 : transpose(matrix ([-8,152,280]));
				    [ - 8 ]
				    [	  ]
(%o7) 				    [ 152 ]
				    [	  ]
				    [ 280 ]

(%i8) "Richtungsvektor uvec"$


(%i9) uvecg1 : transpose(matrix ([18,8,-5]));
				    [ 18  ]
				    [	  ]
(%o9) 				    [  8  ]
				    [	  ]
				    [ - 5 ]

(%i10) "Geradengleichung g"$


(%i11) display(stuetzg1 +  r * uvecg1)$
		      [ - 8 ]   [ 18 r  ]   [ 18 r - 8  ]
		      [	    ]   [       ]   [	        ]
		      [ 152 ] + [  8 r  ] = [ 8 r + 152 ]
		      [	    ]   [       ]   [	        ]
		      [ 280 ]   [ - 5 r ]   [ 280 - 5 r ]


(%i12) g1 : stuetzg1 +  r * uvecg1$


(%i13) "Punkt Sp_F (Spitze Funkturm)"$


(%i14) Sp_F: transpose(matrix ([100,200,200]));
				    [ 100 ]
				    [	  ]
(%o14) 				    [ 200 ]
				    [	  ]
				    [ 200 ]

(%i15) "Abstand Punkt Sp_F von Gerade g1: d =  48.4631"$


(%i16) "Teil b) Winkel zwischen Gleitpfad und Rollfeld"$


(%i17) "Idee: Gerade/Vektor g_n senkrecht zum Rollfeld mit n=(0|0|1)"$


(%i18) "x-Vektor xvec"$


(%i19) xvec : transpose(matrix ([x,y,z]));
				     [ x ]
				     [	 ]
(%o19) 				     [ y ]
				     [	 ]
				     [ z ]

(%i20) "Aufpunkt stuetzvec"$


(%i21) stuetzg_n : transpose(matrix ([-8,152,280]));
				    [ - 8 ]
				    [	  ]
(%o21) 				    [ 152 ]
				    [	  ]
				    [ 280 ]

(%i22) "Richtungsvektor uvec"$


(%i23) uvecg_n : transpose(matrix ([0,0,1]));
				     [ 0 ]
				     [	 ]
(%o23) 				     [ 0 ]
				     [	 ]
				     [ 1 ]

(%i24) "Geradengleichung g"$


(%i25) display(stuetzg_n +  r * uvecg_n)$
			 [ - 8 ]   [ 0 ]   [   - 8   ]
			 [     ]   [   ]   [	     ]
			 [ 152 ] + [ 0 ] = [   152   ]
			 [     ]   [   ]   [	     ]
			 [ 280 ]   [ r ]   [ r + 280 ]


(%i26) g_n : stuetzg_n +  r * uvecg_n$


(%i27) "Schnittpunkt der Geraden g1 und g_n"$


(%i28) sp : transpose(matrix([-8,152,280]));
				    [ - 8 ]
				    [	  ]
(%o28) 				    [ 152 ]
				    [	  ]
				    [ 280 ]

(%i29) "Schnittwinkel alpha =  75.7571"$


(%i30) 90 - 75.7571;
(%o30) 			       14.2429

(%i31) "Winkel gegen die Ebene des Rollfeldes: 14.2429° = 90 - alpha"$


(%i32) "Teil c) Eintrittspunkt des Flugzeigs in den Überwachungsbereich der Radarstrahlen"$


(%i33) "Radarstrahlen bilden Kugel um A(100|200|250) mit r=10000"$


(%i34) "Kugel mit Mittelpunkt M und Radius r"$


(%i35) M : transpose(matrix ([100,200,250]));
				    [ 100 ]
				    [	  ]
(%o35) 				    [ 200 ]
				    [	  ]
				    [ 250 ]

(%i36) xvec : transpose(matrix ([x,y,z]));
				     [ x ]
				     [	 ]
(%o36) 				     [ y ]
				     [	 ]
				     [ z ]

(%i37) "Kugelgleichung"$


(%i38) (xvec - M).(xvec - M) = 10000^2;
			2	     2		  2
(%o38) 	       (z - 250)  + (y - 200)  + (x - 100)  = 100000000

(%i39) "Schnittpunkte der Kugel K_Radar mit der Geraden g1 "$


(%i40) sp1 : transpose(matrix([8957.2210,4136.5427,-2210.3392]));
				[  8957.221   ]
				[	      ]
(%o40) 			        [  4136.5427  ]
				[	      ]
				[ - 2210.3392 ]

(%i41) sp2 : transpose(matrix([-8757.2210,-3736.5427,2710.3392]));
				[ - 8757.221  ]
				[	      ]
(%o41) 			        [ - 3736.5427 ]
				[	      ]
				[  2710.3392  ]

(%i42) "Gemeint ist der zweite Schnittpunkt sp2(-8757|-3737|2710)"$


(%i43) "Abstand d(sp2,Aufpkt)"$


(%i44) "Auftreffpunkt Aufpkt => z-Koordinate der Gerade g1 des Gleitpfades muss 0 sein!"$


(%i45) 280 - 5 * r = 0;
(%o45) 				 280 - 5 r = 0

(%i46) solve(280 - 5 * r = 0,r);
(%o46) 				   [r = 56]

(%i47) ev(%,numer);
(%o47) 				   [r = 56]

(%i48) stuetzg1 +  56 * uvecg1;
				   [ 1000 ]
				   [	  ]
(%o48) 				   [ 600  ]
				   [	  ]
				   [  0	  ]

(%i49) "Auftreffpunkt Aufpkt(1000|600|0)"$


(%i50) Aufpkt : stuetzg1 +  56 * uvecg1;
				   [ 1000 ]
				   [	  ]
(%o50) 				   [ 600  ]
				   [	  ]
				   [  0	  ]

(%i51) diff : Aufpkt - sp2;
				[  9757.221   ]
				[	      ]
(%o51) 			        [  4336.5427  ]
				[	      ]
				[ - 2710.3392 ]

(%i52) sqrt(diff . diff);
(%o52) 			       11016.12

(%i53) "Abstand d(sp2,Aufpkt) = 11016.12"$


(%i54) "Das Flugzeug legt also etwa 11016 m zurück"$


(%i55) "Teil d) Ebene E1 aus den drei Punkten sp2, Aufpkt und Sp_F"$


(%i56) "Drei Punkte A, B, C der Ebene"$


(%i57) A : transpose(matrix ([1000,600,0]));
				   [ 1000 ]
				   [	  ]
(%o57) 				   [ 600  ]
				   [	  ]
				   [  0	  ]

(%i58) B : transpose(matrix ([100,200,200]));
				    [ 100 ]
				    [	  ]
(%o58) 				    [ 200 ]
				    [	  ]
				    [ 200 ]

(%i59) C : transpose(matrix ([-8757,-3737,2710]));
				  [ - 8757 ]
				  [	   ]
(%o59) 				  [ - 3737 ]
				  [	   ]
				  [  2710  ]

(%i60) "Aufpunkt stuetzvec"$


(%i61) stuetzE1 : transpose(matrix ([1000,600,0]));
				   [ 1000 ]
				   [	  ]
(%o61) 				   [ 600  ]
				   [	  ]
				   [  0	  ]

(%i62) "Richtungsvektoren uvec und vvec"$


(%i63) uvecE1 : B - A;
				   [ - 900 ]
				   [	   ]
(%o63) 				   [ - 400 ]
				   [	   ]
				   [  200  ]

(%i64) vvecE1 : C - A;
				  [ - 9757 ]
				  [	   ]
(%o64) 				  [ - 4337 ]
				  [	   ]
				  [  2710  ]

(%i65) "Ebenengleichung"$


(%i66) display(stuetzE1 +  r * uvecE1 +  s * vvecE1)$
      [ 1000 ]	 [ - 900 r ]   [ - 9757 s ]   [ - 9757 s - 900 r + 1000 ]
      [	     ]	 [	   ]   [	  ]   [			        ]
      [ 600  ] + [ - 400 r ] + [ - 4337 s ] = [ - 4337 s - 400 r + 600  ]
      [	     ]	 [	   ]   [	  ]   [			        ]
      [	 0   ]	 [  200 r  ]   [  2710 s  ]   [	    2710 s + 200 r      ]


(%i67) "Schnittkreis zwischen Überwachungskugel und Ebene E1"$


(%i68) "Die Ebene E1 schneidet die Kugel K_Radar"$


(%i69) mp : transpose(matrix([100.0190,199.9572,250.0000]));
				 [ 100.019  ]
				 [	    ]
(%o69) 				 [ 199.9572 ]
				 [	    ]
				 [  250.0   ]

(%i70) xvec : transpose(matrix([x,y,z]));
				     [ x ]
				     [	 ]
(%o70) 				     [ y ]
				     [	 ]
				     [ z ]

(%i71) "Schnittkreis-Gleichung sk:"$


(%i72) sk : (xvec - mp) . (xvec - mp) = 10000.0000^2;
		      2		        2		 2
(%o72) 	   (z - 250.0)  + (y - 199.9572)  + (x - 100.019)  = 1.0E+8

(%i73) 1.0E+8 - 10000^2;
(%o73) 				      0.0

(%i74) "Der Schnittkreis sk hat also den gleichen Radius r sowie den gleichen Mittelpunkt M(250|200|100)"$


(%i75) "wie die Überwachungskugel K_Radar!"$