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

Lösung einblenden

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

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

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

-5-10+25 = d

10 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung E: 5 x 1 +2 x 2 -5 x 3 = 10 .

parallele Ebene durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: x 1 +4 x 2 +2 x 3 = 17 ist und die den Punkt P(-4|2|2) enthält.

Lösung einblenden

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

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

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

-4+8+4 = d

8 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: x 1 +4 x 2 +2 x 3 = 8 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

Für welches a liegt der Punkt P(2|0|4) auf der Ebene E: -4 x 1 -4 x 2 +a x 3 = -20 ?

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

(-4)2 + (-4)0 + a4 = -20
-8+0+a ⋅ 4 = -20 |+8
4a = -12 | :4
a = -3

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor n = ( -4 4 0 ) der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: -4 x 1 +4 x 2 = d .

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

-4 ( - 4 ) +4 4 = d

16+16+0 = d

32 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -4 x 1 +4 x 2 = 32 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: -8 x 1 = -6 ?

Lösung einblenden

Der Normalenvektor der Ebene ist n = ( -8 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 nicht auf der Ebene liegt. Also ist die Ebene parallel 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 = ( -3 5 6 ) + r ( 4 -5 0 ) + s ( -5 -3 0 ) ?

Lösung einblenden

1. Weg:

Man kann erkennen, dass - egal was man für r und s einsetzt - der x3-Wert immer 6 bleibt. Man kann die Ebene also auch in der Form als x3 = 6 als Koordinatenebene darstellen. (Damit ist dann der Normalenvektor n = ( 0 0 1 ) .)

E ist also parallel zur x1-x2-Ebene.

2. Weg:

Da beide Spannvektoren an der x3-Stelle den Wert 0 haben, kann man leicht den Normalenvektor n = ( 0 0 1 ) bestimmen. Damit muss die Ebene die Form x3=c haben. (Mit Punktprobe des Aufpunkts von E erkennt man dann ...)

E ist also parallel zur x1-x2-Ebene.

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

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

05 + (-1)0 + (-1)a = 0
0+0+a ⋅ (-1) = 0 |-0
-1a = 0 | :(-1)
a = 0

Für a = 0 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: 5 x 1 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (-5|4|4).

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

5 ( - 5 ) = b

-25+0+0 = b

-25 = b

Mit b = -25 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: 5 x 1 = -25 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: 4 x 1 +17 x 2 - x 3 = -74 und F: 8 x 1 +a x 2 -2 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:
( 8 a -2 ) = t⋅ ( 4 17 -1 )

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

Daraus ergibt sich aber in der 2. Zeile: a = 2 ⋅ 17 = 34.

Für a = 34 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: 8 x 1 +34 x 2 -2 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = 2 durchmultipliziert, so erhält man
E: 8 x 1 +34 x 2 -2 x 3 = -148 , d.h. für b = -148 sind die beiden Ebenen identisch.