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

Lösung einblenden

Da E den Normalenvektor n = ( 0 0 5 ) besitzt, hat sie die Form E: +5 x 3 = d .

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

+5 5 = d

0+0+25 = d

25 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung E: +5 x 3 = 25 .

parallele Ebene durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: -2 x 1 +2 x 2 -2 x 3 = 12 ist und die den Punkt P(3|2|-4) enthält.

Lösung einblenden

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

Da der Punkt P(3|2|-4) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

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

-6+4+8 = d

6 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -2 x 1 +2 x 2 -2 x 3 = 6 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

Für welches a liegt der Punkt P(-3|-4|-2) auf der Ebene E: a x 1 +3 x 2 -3 x 3 = 0 ?

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

a(-3) + 3(-4) + (-3)(-2) = 0
a ⋅ (-3)+(-12)+6 = 0 |+6
-3a = 6 | :(-3)
a = -2

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die orthogonal zur Geraden g: x = ( 5 -1 2 ) +t ( 4 0 5 ) ist und die den Punkt P(-4|3|-3) enthält.

Lösung einblenden

Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor n = ( 4 0 5 ) der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: 4 x 1 +5 x 3 = d .

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

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

-16+0-15 = d

-31 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: 4 x 1 +5 x 3 = -31 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

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

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 x2-Achse ist und den Punkt (3|3|3) beinhaltet.

Lösung einblenden

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

(ansonsten könnte man ja a0 + bx2 + c0=d zu x2= d b umformen und würde einen Spurpunkt mit der x2-Achse erhalten)

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

Punkt P(3|3|3) eingesetzt:
a⋅3 + c⋅3=d

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

spezielle Ebene in Parameterform

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: x = ( -2 2 -5 ) + r ( 8 0 -1 ) + s ( -4 0 -6 ) ?

Lösung einblenden

1. Weg:

Man kann erkennen, dass - egal was man für r und s einsetzt - der x2-Wert immer 2 bleibt. Man kann die Ebene also auch in der Form als x2 = 2 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 = ( -3 -4 4 ) +t ( 5 3 -1 ) komplett in der Ebene E: a x 1 -5 x 2 -10 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:

( 5 3 -1 ) ( a -5 -10 ) = 0

5a + 3(-5) + (-1)(-10) = 0
a ⋅ 5+(-15)+10 = 0 |+5
5a = 5 | :5
a = 1

Für a = 1 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: x 1 -5 x 2 -10 x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (-3|-4|4).

Wir müssen also nur den Aufpunkt (-3|-4|4) in E: x 1 -5 x 2 -10 x 3 = b einsetzen, um noch das b zu bestimmen.

1 ( - 3 ) -5 ( - 4 ) -10 4 = b

-3+20-40 = b

-23 = b

Mit b = -23 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: x 1 -5 x 2 -10 x 3 = -23 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: x 1 +2 x 2 - x 3 = -18 und F: -3 x 1 +a x 2 +3 x 3 = b . Bestimme a und b so, dass die beiden Ebenen echt parallel sind.

Lösung einblenden

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

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

Daraus ergibt sich aber in der 2. Zeile: a = -3 ⋅ 2 = -6.

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

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = -3 durchmultipliziert, so erhält man
E: -3 x 1 -6 x 2 +3 x 3 = 54 , d.h. für b = 54 sind die beiden Ebenen identisch.

Genau das wollen wir ja aber gerade nicht, deswegen können wir jeden beliebigen Wert für b ≠ 54, also z.B.: b = 55 setzen.