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 ( -4 2 3 ) hat und den Punkt P(-5|-3|1) enthält.

Lösung einblenden

Da E den Normalenvektor n = ( -4 2 3 ) besitzt, hat sie die Form E: -4 x 1 +2 x 2 +3 x 3 = d .

Da der Punkt P(-5|-3|1) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-4 ( - 5 ) +2 ( - 3 ) +3 1 = d

20-6+3 = d

17 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung E: -4 x 1 +2 x 2 +3 x 3 = 17 .

parallele Ebene durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: -4 x 1 -5 x 2 -5 x 3 = -27 ist und die den Punkt P(4|1|3) enthält.

Lösung einblenden

Jede zu E parallele Ebene hat den gleichen Normalenvektor n = ( -4 -5 -5 ) und damit die Form E: -4 x 1 -5 x 2 -5 x 3 = d .

Da der Punkt P(4|1|3) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-4 4 -5 1 -5 3 = d

-16-5-15 = d

-36 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -4 x 1 -5 x 2 -5 x 3 = -36 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

Für welches a liegt der Punkt P(3|0|3) auf der Ebene E: a x 1 +5 x 2 -3 x 3 = 0 ?

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

a3 + 50 + (-3)3 = 0
a ⋅ 3+0+(-9) = 0 |+9
3a = 9 | :3
a = 3

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die orthogonal zur Geraden g: x = ( 3 -5 -5 ) +t ( 1 -5 0 ) ist und die den Punkt P(3|0|2) enthält.

Lösung einblenden

Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor n = ( 1 -5 0 ) der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: x 1 -5 x 2 = d .

Da der Punkt P(3|0|2) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

1 3 -5 0 = d

3+0+0 = d

3 = d

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

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: -3 x 1 +3 x 2 = -1 ?

Lösung einblenden

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

Also ist die Ebene parallel zur x3-Achse

spezielle Ebenen aufstellen

Beispiel:

Bestimme die Koordinatengleichung einer Ebene, die parallel zur x1-x3-Ebene ist und den Punkt (1|3|2) beinhaltet.

Lösung einblenden

Da der Normalenvektor der gesuchten Ebene senkrecht auf der Ebene steht, muss dieser n = ( 0 1 0 ) oder eben ein Vielfaches davon sein.

Die Koordinatengleichung hat also die Form + x 2 = d . Durch Einsetzen des Punktes P(1|3|2) in diese Gleichung erhält man
d = 01 + 13 + 02=3
also: + x 2 = 3

spezielle Ebene in Parameterform

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: x = ( -9 -9 1 ) + r ( 3 0 3 ) + s ( 1 0 -4 ) ?

Lösung einblenden

1. Weg:

Man kann erkennen, dass - egal was man für r und s einsetzt - der x2-Wert immer -9 bleibt. Man kann die Ebene also auch in der Form als x2 = -9 als Koordinatenebene darstellen. (Damit ist dann der Normalenvektor n = ( 0 1 0 ) .)

E ist also parallel zur x1-x3-Ebene.

2. Weg:

Da beide Spannvektoren an der x2-Stelle den Wert 0 haben, kann man leicht den Normalenvektor n = ( 0 1 0 ) bestimmen. Damit muss die Ebene die Form x2=c haben. (Mit Punktprobe des Aufpunkts von E erkennt man dann ...)

E ist also parallel zur x1-x3-Ebene.

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

Bestimme a und b so, dass die Gerade g: x = ( 1 5 1 ) +t ( 0 4 -2 ) komplett in der Ebene E: 3 x 1 +4 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:

( 0 4 -2 ) ( 3 4 a ) = 0

03 + 44 + (-2)a = 0
0+16+a ⋅ (-2) = 0 |-16
-2a = -16 | :(-2)
a = 8

Für a = 8 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: 3 x 1 +4 x 2 +8 x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (1|5|1).

Wir müssen also nur den Aufpunkt (1|5|1) in E: 3 x 1 +4 x 2 +8 x 3 = b einsetzen, um noch das b zu bestimmen.

3 1 +4 5 +8 1 = b

3+20+8 = b

31 = b

Mit b = 31 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: 3 x 1 +4 x 2 +8 x 3 = 31 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: - x 1 -3 x 2 +10 x 3 = 3 und F: 3 x 1 +9 x 2 +a 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:
( 3 9 a ) = t⋅ ( -1 -3 10 )

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

Daraus ergibt sich aber in der 3. Zeile: a = -3 ⋅ 10 = -30.

Für a = -30 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: 3 x 1 +9 x 2 -30 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = -3 durchmultipliziert, so erhält man
E: 3 x 1 +9 x 2 -30 x 3 = -9 , d.h. für b = -9 sind die beiden Ebenen identisch.