Aufgabenbeispiele von Ebenen bestimmen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Ebene aus Normalenvektor und Pkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die den Normalenvektor ( 0 -1 0 ) hat und den Punkt P(-4|-4|-2) enthält.

Lösung einblenden

Da E den Normalenvektor n = ( 0 -1 0 ) besitzt, hat sie die Form E: - x 2 = d .

Da der Punkt P(-4|-4|-2) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-1 ( - 4 ) = d

0+4+0 = d

4 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung E: - x 2 = 4 .

parallele Ebene durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: -4 x 1 +2 x 2 = -19 ist und die den Punkt P(5|5|4) enthält.

Lösung einblenden

Jede zu E parallele Ebene hat den gleichen Normalenvektor n = ( -4 2 0 ) und damit die Form E: -4 x 1 +2 x 2 = d .

Da der Punkt P(5|5|4) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-4 5 +2 5 = d

-20+10+0 = d

-10 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -4 x 1 +2 x 2 = -10 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

Für welches a liegt der Punkt P(2|-4|4) auf der Ebene E: a x 1 +4 x 2 -4 x 3 = -34 ?

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

a2 + 4(-4) + (-4)4 = -34
a ⋅ 2+(-16)+(-16) = -34 |+32
2a = -2 | :2
a = -1

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die orthogonal zur Geraden g: x = ( 2 -2 3 ) +t ( 3 -3 5 ) ist und die den Punkt P(-2|-2|-4) enthält.

Lösung einblenden

Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor n = ( 3 -3 5 ) der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: 3 x 1 -3 x 2 +5 x 3 = d .

Da der Punkt P(-2|-2|-4) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

3 ( - 2 ) -3 ( - 2 ) +5 ( - 4 ) = d

-6+6-20 = d

-20 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: 3 x 1 -3 x 2 +5 x 3 = -20 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: -4 x 1 -8 x 3 = -4 ?

Lösung einblenden

Wenn man die Spurpunkte der Ebene sucht, also auch x1 und x3 gleich 0 setzt, so erkennt man, dass die Ebene keinen Schnittpunkt mit der x2-Achse hat.

Also ist die Ebene parallel zur x2-Achse

spezielle Ebenen aufstellen

Beispiel:

Bestimme die Koordinatengleichung einer Ebene, die parallel zur x1-Achse ist und den Punkt (3|4|2) beinhaltet.

Lösung einblenden

Da die gesuchte Ebende parallel zur x1-Achse sein muss, darf sie keinen Spurpunkt mit der x1-Achse haben, das heißt, wenn man 0 für x2 und x3 einsetzt, muss a=0 sein, damit die ganze linke Seite immer 0 ist; und die Gleichung so zu einem Widerspruch 0=d führt.

(ansonsten könnte man ja ax1 + b0 + c0=d zu x1= d a umformen und würde einen Spurpunkt mit der x1-Achse erhalten)

Der Koeffizient a vor x1 muss also 0 sein. Die Gleichung der Ebene lautet dann
b⋅x2 + c⋅x3=d.

Punkt P(3|4|2) eingesetzt:
b⋅4 + c⋅2=d

b=1;c=1 und d=6 ist eine (von unendlich vielen) Möglichkeiten für diese Gleichung.
x2 + x3=6 ist also eine zur x1-Achse parallele Ebene, in der auch der Punkt P(3|4|2) liegt.

spezielle Ebene in Parameterform

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: x = ( 6 -5 0 ) + r ( -2 -7 0 ) + s ( 5 7 0 ) ?

Lösung einblenden

1. Weg:

Man kann erkennen, dass - egal was man für r und s einsetzt - der x3-Wert immer 0 bleibt. Man kann die Ebene also auch in der Form als x3 = 0 als Koordinatenebene darstellen. (Damit ist dann der Normalenvektor n = ( 0 0 1 ) .)

E ist also die x1-x2-Ebene.

2. Weg:

Da beide Spannvektoren an der x3-Stelle den Wert 0 haben, kann man leicht den Normalenvektor n = ( 0 0 1 ) bestimmen. Damit muss die Ebene die Form x3=c haben. (Mit Punktprobe des Aufpunkts von E erkennt man dann ...)

E ist also die x1-x2-Ebene.

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

Bestimme a und b so, dass die Gerade g: x = ( 0 2 5 ) +t ( 1 -1 -1 ) komplett in der Ebene E: -2 x 1 - x 2 +a x 3 = b liegt.

Lösung einblenden

Wenn die Gerade g in E liegen soll, muss auch der Normalenvektor von E orthogonal zum Richtungsvektor von g sein, also muss gelten:

( 1 -1 -1 ) ( -2 -1 a ) = 0

1(-2) + (-1)(-1) + (-1)a = 0
-2+1+a ⋅ (-1) = 0 |+1
-1a = 1 | :(-1)
a = -1

Für a = -1 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: -2 x 1 - x 2 - x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (0|2|5).

Wir müssen also nur den Aufpunkt (0|2|5) in E: -2 x 1 - x 2 - x 3 = b einsetzen, um noch das b zu bestimmen.

-2 0 -1 2 -1 5 = b

0-2-5 = b

-7 = b

Mit b = -7 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: -2 x 1 - x 2 - x 3 = -7 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: 3 x 1 - x 2 +2 x 3 = 0 und F: a x 1 -3 x 2 +6 x 3 = b . Bestimme a und b so, dass die beiden Ebenen identisch sind.

Lösung einblenden

Wenn die beiden Ebenen parallel oder identisch sein sollen, müssen ihre Normalenvektoren vielfache (oder gleich) sein. Es muss also gelten:
( a -3 6 ) = t⋅ ( 3 -1 2 )

Man erkent nun gleich, dass dies nur für t = 3 möglich ist.

Daraus ergibt sich aber in der 1. Zeile: a = 3 ⋅ 3 = 9.

Für a = 9 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: 9 x 1 -3 x 2 +6 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = 3 durchmultipliziert, so erhält man
E: 9 x 1 -3 x 2 +6 x 3 = 0 , d.h. für b = 0 sind die beiden Ebenen identisch.