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 ( -5 4 2 ) hat und den Punkt P(0|1|5) enthält.

Lösung einblenden

Da E den Normalenvektor n = ( -5 4 2 ) besitzt, hat sie die Form E: -5 x 1 +4 x 2 +2 x 3 = d .

Da der Punkt P(0|1|5) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-5 0 +4 1 +2 5 = d

0+4+10 = d

14 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung E: -5 x 1 +4 x 2 +2 x 3 = 14 .

parallele Ebene durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: 4 x 1 - x 2 = 22 ist und die den Punkt P(1|-3|-5) enthält.

Lösung einblenden

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

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

4 1 -1 ( - 3 ) = d

4+3+0 = d

7 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: 4 x 1 - x 2 = 7 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

(-1)(-1) + 42 + a(-3) = 3
1+8+a ⋅ (-3) = 3 |-9
-3a = -6 | :(-3)
a = 2

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

Da der Punkt P(-4|-1|2) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

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

12-5-2 = d

5 = d

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

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: -4 x 1 = 0 ?

Lösung einblenden

Der Normalenvektor der Ebene ist n = ( -4 0 0 ) , er steht also senkrecht auf der x2-x3-Ebene. Also muss die Ebene parallel zur x2-x3-Ebene sein.

Eine Punktprobe mit dem Ursprung O(0|0|0) zeigt, dass dieser auf der Ebene liegt. Also ist die Ebene die x2-x3-Ebene.

spezielle Ebenen aufstellen

Beispiel:

Bestimme die Koordinatengleichung der x2-x3-Ebene.

Lösung einblenden

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

Die Koordinatengleichung hat also die Form x 1 = d . Durch Einsetzen des Ursprungs O(0|0|0) in diese Gleichung erhält man
d = 10 + 00 + 00=0
also: x 1 = 0

spezielle Ebene in Parameterform

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: x = ( 4 -3 -1 ) + r ( 0 -3 9 ) + s ( 0 5 9 ) ?

Lösung einblenden

1. Weg:

Man kann erkennen, dass - egal was man für r und s einsetzt - der x1-Wert immer 4 bleibt. Man kann die Ebene also auch in der Form als x1 = 4 als Koordinatenebene darstellen. (Damit ist dann der Normalenvektor n = ( 1 0 0 ) .)

E ist also parallel zur x2-x3-Ebene.

2. Weg:

Da beide Spannvektoren an der x1-Stelle den Wert 0 haben, kann man leicht den Normalenvektor n = ( 1 0 0 ) bestimmen. Damit muss die Ebene die Form x1=c haben. (Mit Punktprobe des Aufpunkts von E erkennt man dann ...)

E ist also parallel zur x2-x3-Ebene.

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

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

( 3 2 -1 ) ( 4 -1 a ) = 0

34 + 2(-1) + (-1)a = 0
12+(-2)+a ⋅ (-1) = 0 |-10
-1a = -10 | :(-1)
a = 10

Für a = 10 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: 4 x 1 - 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 (-4|2|3).

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

4 ( - 4 ) -1 2 +10 3 = b

-16-2+30 = b

12 = b

Mit b = 12 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: 4 x 1 - x 2 +10 x 3 = 12 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: -5 x 1 -4 x 2 +41 x 3 = 227 und F: -15 x 1 -12 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:
( -15 -12 a ) = t⋅ ( -5 -4 41 )

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

Daraus ergibt sich aber in der 3. Zeile: a = 3 ⋅ 41 = 123.

Für a = 123 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: -15 x 1 -12 x 2 +123 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = 3 durchmultipliziert, so erhält man
E: -15 x 1 -12 x 2 +123 x 3 = 681 , d.h. für b = 681 sind die beiden Ebenen identisch.