Aufgabenbeispiele von Ebenen bestimmen
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Ebene aus Normalenvektor und Pkt
Beispiel:
Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die den Normalenvektor hat und den Punkt P enthält.
Da E den Normalenvektor = besitzt, hat sie die Form E: .
Da der Punkt P auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.
Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung E: .
parallele Ebene durch Punkt
Beispiel:
Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: ist und die den Punkt P enthält.
Jede zu E parallele Ebene hat den gleichen Normalenvektor = und damit die Form E: .
Da der Punkt P auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.
Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: .
Punktprobe in Ebene mit Parameter
Beispiel:
Für welches a liegt der Punkt P auf der Ebene E: ?
Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:
|
-2a = -4 | :(-2)
a = 2
Ebene aus orth. Geraden durch Punkt
Beispiel:
Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die orthogonal zur Geraden g: ist und die den Punkt P enthält.
Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor = der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: .
Da der Punkt P auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.
Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: .
spezielle Ebenen
Beispiel:
Welche besondere Lage hat die Ebene E: ?
Der Normalenvektor der Ebene ist =, er steht also senkrecht auf der x1-x2-Ebene. Also muss die Ebene parallel zur x1-x2-Ebene sein.
Eine Punktprobe mit dem Ursprung O(0|0|0) zeigt, dass dieser nicht auf der Ebene liegt. Also ist die Ebene parallel x1-x2-Ebene.
spezielle Ebenen aufstellen
Beispiel:
Bestimme die Koordinatengleichung der x1-x2-Ebene.
Da der Normalenvektor der gesuchten Ebene senkrecht auf der Ebene steht, muss dieser = oder eben ein Vielfaches davon sein.
Die Koordinatengleichung hat also die Form . Durch Einsetzen des Ursprungs O(0|0|0) in diese Gleichung erhält man
d = =0
also:
spezielle Ebene in Parameterform
Beispiel:
Welche besondere Lage hat die Ebene E: ?
1. Weg:
Der 1. Spannvektor ist ja und zeigt damit genau in gleiche Richtung wie die x2-Achse.
Damit ist die Ebene - unabhängig vom anderen Spannvektor - parallel zur x2-Achse.
2. Weg:
Da der 1. Spannvektor an zwei Stellen den Wert 0 hat, muss der Normalenvektor (der ja orthogonal zu den beiden Spannvektoren ist) an der
x2-Koordinate den Wert 0 haben, denn
⋅ =0 .
Also E:
Wenn man jetzt aber die Spurpunkte der Ebene sucht, also auch x3 und x1 gleich 0 setzt, so erkennt man, dass die Ebene keinen Schnittpunkt mit der x2-Achse hat.
Also ist die Ebene parallel zur x2-Achse
Parameter bestimmen, dass g in E liegt
Beispiel:
Bestimme a und b so, dass die Gerade g: komplett in der Ebene E: liegt.
Wenn die Gerade g in E liegen soll, muss auch der Normalenvektor von E orthogonal zum Richtungsvektor von g sein, also muss gelten:
⋅ = 0
|
-3a = 15 | :(-3)
a = -5
Für a = -5 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt .
Wir müssen also nur den Aufpunkt in E: einsetzen, um noch das b zu bestimmen.
Mit b = 30 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: .
Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen
Beispiel:
Gegeben sind die Ebenen E: und F: . Bestimme a und b so, dass die beiden Ebenen identisch sind.
Wenn die beiden Ebenen parallel oder identisch sein sollen, müssen ihre Normalenvektoren vielfache (oder gleich) sein. Es muss also gelten:
= t⋅
Man erkent nun gleich, dass dies nur für t = -2 möglich ist.
Daraus ergibt sich aber in der 3. Zeile: a = -2 ⋅ 13 = -26.
Für a = -26 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: .
Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = -2 durchmultipliziert, so erhält man
E: , d.h. für b = 38 sind die beiden Ebenen identisch.