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 ( -1 0 -1 ) hat und den Punkt P(-2|-5|-3) enthält.

Lösung einblenden

Da E den Normalenvektor n = ( -1 0 -1 ) besitzt, hat sie die Form E: - x 1 - x 3 = d .

Da der Punkt P(-2|-5|-3) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-1 ( - 2 ) -1 ( - 3 ) = d

2+0+3 = d

5 = d

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

parallele Ebene durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: 5 x 1 +4 x 2 +3 x 3 = 45 ist und die den Punkt P(3|2|2) enthält.

Lösung einblenden

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

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

5 3 +4 2 +3 2 = d

15+8+6 = d

29 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: 5 x 1 +4 x 2 +3 x 3 = 29 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

14 + a(-2) + 2(-3) = -4
4+a ⋅ (-2)+(-6) = -4 |+2
-2a = -2 | :(-2)
a = 1

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die orthogonal zur Geraden g: x = ( 5 -5 4 ) +t ( -4 -1 2 ) ist und die den Punkt P(-4|0|-2) enthält.

Lösung einblenden

Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor n = ( -4 -1 2 ) der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: -4 x 1 - x 2 +2 x 3 = d .

Da der Punkt P(-4|0|-2) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-4 ( - 4 ) -1 0 +2 ( - 2 ) = d

16+0-4 = d

12 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -4 x 1 - x 2 +2 x 3 = 12 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: -7 x 1 -7 x 2 = -6 ?

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 8 -3 ) + r ( -2 -6 -3 ) + s ( 0 0 -4 ) ?

Lösung einblenden

1. Weg:

Der 2. Spannvektor ist ja ( 0 0 -4 ) und zeigt damit genau in gleiche Richtung wie die x3-Achse.

Damit ist die Ebene - unabhängig vom anderen Spannvektor - parallel zur x3-Achse.

2. Weg:

Da der 2. Spannvektor an zwei Stellen den Wert 0 hat, muss der Normalenvektor (der ja orthogonal zu den beiden Spannvektoren ist) an der x3-Koordinate den Wert 0 haben, denn
( 0 0 -4 ) ( a b 0 ) =0 .

Also E: a x 1 +b x 2 = d

Wenn man jetzt aber 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

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

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

( -4 4 -1 ) ( -3 a 4 ) = 0

(-4)(-3) + 4a + (-1)4 = 0
12+a ⋅ 4+(-4) = 0 |-8
4a = -8 | :4
a = -2

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

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

-3 1 -2 1 +4 ( - 1 ) = b

-3-2-4 = b

-9 = b

Mit b = -9 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: -3 x 1 -2 x 2 +4 x 3 = -9 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: x 1 -5 x 2 +4 x 3 = 5 und F: 2 x 1 -10 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:
( 2 -10 a ) = t⋅ ( 1 -5 4 )

Man erkent nun gleich, dass dies nur für t = 2 möglich ist.

Daraus ergibt sich aber in der 3. Zeile: a = 2 ⋅ 4 = 8.

Für a = 8 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: 2 x 1 -10 x 2 +8 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = 2 durchmultipliziert, so erhält man
E: 2 x 1 -10 x 2 +8 x 3 = 10 , d.h. für b = 10 sind die beiden Ebenen identisch.