Katapultschießen: Triff das Ziel!

Ziehe an der Sehne, um Betrag ${\small \|\overrightarrow{V}\| }$ und Richtung ${\small S =V_y / V_x}$ der Abschussgeschwindigkeit einzustellen.
Statt ${\small \|\overrightarrow{V}\| }$ wird dir im Bild die Schusshöhe ${\small E}$ bei einem vertikalen Schuss angezeigt.
Lass den Griff los, um zu schießen. (Es gibt mehrere Lösungen: je steiler, desto stärker musst du abschießen.)

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Hilfestellung:
  1. Das zu treffende Ziel ist die rechte Nullstelle der Schussparabel ${\small y(x) = a \cdot x^2 + S \cdot x + y_0 }$. Wir müssen also die Koeffizienten ${\small a }$ und ${\small S }$ richtig einstellen. Leider können wir nur ${\small E }$ und ${\small S }$ direkt beeinflussen. Preisfrage: Wie hängt ${\small a }$ mit ${\small E }$ und ${\small S }$ zusammen? Dazu nehmen wir ein wenig Physik zu Hilfe.
  2. Bei vertikalem Schuss gilt ${\small y(t) = y_0 + \|\overrightarrow{V}\|\cdot t + (A/2)\cdot t^2 }$, wobei ${\small A < 0}$ die Fallbeschleunigung und ${\small t}$ die Zeit ist. Der Maximalwert von ${\small y(t) }$ ist ${\small y_0 + E }$. Hieraus kannst du einen Zusammenhang zwischen ${\small E }$, ${\small A }$ und ${\small \|\overrightarrow{V}\|^2 }$ herleiten.
  3. Bei schrägem Schuss gilt ${\small y(t) = y_0+V_y\cdot t+(A/2) \cdot t^2 }$ und ${\small x(t) = V_x \cdot t }$.
  4. Wende die Kettenregel $\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}= \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}\cdot\frac{\mathrm{d}t}{\mathrm{d}x}$ an, um die 1.Ableitung der Schussparabel zu bestimmen.
  5. Berücksichtige die Gleichungen ${\small V_y = S\cdot V_x }$ und ${\small \|\overrightarrow{V}\|^2 = V_x^2 + V_y^2 }$. So kannst du den gesuchten Koeeffizienten ${\small a}$ durch ${\small A}$, ${\small S }$ und ${\small \|\overrightarrow{V}\|^2 }$ darstellen. Mit Hilfe der unter 2. gefundenen Beziehung kannst du ${\small A }$ und ${\small \|\overrightarrow{V}\|^2 }$ wieder aus dem Spiel nehmen.