Geraden: Analytische Geometrie
Die Parametergleichung einer Geraden durch Pâ mit Richtungsvektor aâ lautet: xâ = xââ + ___.
ErklĂ€rung: xâ = xââ + t·aâ, wobei t alle reellen Zahlen durchlĂ€uft.
Eine Gerade wird durch einen Punkt und einen Richtungsvektor eindeutig bestimmt. Welche EinschrĂ€nkung gilt fĂŒr den Richtungsvektor?
ErklÀrung: Der Richtungsvektor muss vom Nullvektor verschieden sein, damit eine Richtung festgelegt wird.
FĂŒr t â„ 0 beschreibt xâ = xââ + t·aâ einen Strahl (Halbgerade) mit Anfangspunkt Pâ.
ErklĂ€rung: Richtig. EinschrĂ€nkung t â„ 0 ergibt den Strahl von Pâ in Richtung aâ.
Die Strecke von Pâ nach Pâ wird parametrisch beschrieben durch xâ = xââ + t·(xââ â xââ) mit ___ †t †___.
ErklĂ€rung: FĂŒr t = 0 erhĂ€lt man Pâ, fĂŒr t = 1 erhĂ€lt man Pâ. Also 0 †t †1.
Welche Lagebeziehungen können zwei Geraden im Raum haben?
ErklĂ€rung: Im Raum gibt es vier Möglichkeiten: identisch (gleiche Gerade), echt parallel (kein Schnittpunkt, aber aâ â„ bâ), schneidend (ein Schnittpunkt), windschief (nicht parallel, kein Schnittpunkt).
In der Ebene können zwei Geraden windschief zueinander sein.
ErklÀrung: Falsch. Windschief gibt es nur im Raum. In der Ebene sind nicht-parallele Geraden stets schneidend.
Die Gerade g geht durch Pâ(2; 1) mit Richtungsvektor aâ(2; 3). Berechne den Anstieg m der Geraden.
ErklĂ€rung: m = aâ/aâ = 3/2 = 1,5.
Die parameterfreie Gleichung einer Geraden in der Ebene durch Pâ(2; 1) mit Anstieg m = 3/2 lautet:
ErklĂ€rung: Punktrichtungsgleichung: y â yâ = m(x â xâ), also y â 1 = (3/2)(x â 2), vereinfacht: y = (3/2)x â 2.
Bestimme den Schnittpunkt der Geraden g: y = 2x â 1 und h: y = âx + 5. Gib die x-Koordinate an.
ErklĂ€rung: 2x â 1 = âx + 5 â 3x = 6 â x = 2. (y = 2·2 â 1 = 3, also S(2; 3).)
Zwei Geraden g: y = mâx + nâ und h: y = mâx + nâ sind parallel genau dann, wenn mâ = mâ und nâ â nâ.
ErklÀrung: Richtig. Gleicher Anstieg = parallele Richtung. Verschiedene y-Achsenabschnitte = verschiedene Geraden.
Die Gerade g: xâ = (4; 6; 0) + t(â2; â3; 3) und die x-Achse sind:
ErklĂ€rung: x-Achse: xâ = r(1;0;0). Der Richtungsvektor (â2;â3;3) ist nicht parallel zu (1;0;0). Gleichsetzen: 4â2t = r, 6â3t = 0 â t = 2, 0+3t = 0 â t = 0. Widerspruch. Also windschief.
Gesucht ist der Schnittpunkt der Geraden g: xâ = (1;1,5;3) + t(3;1,5;â1,5) mit der xz-Ebene (y = 0). Gib die x-Koordinate des Schnittpunkts an.
ErklĂ€rung: y = 0: 1,5 + 1,5t = 0 â t = â1. x = 1 + 3(â1) = â2. z = 3 â 1,5(â1) = 4,5. Schnittpunkt: (â2; 0; 4,5).
Die Zweipunktegleichung einer Geraden durch Pâ(xâ; yâ) und Pâ(xâ; yâ) lautet: (y â yâ)/(___) = (x â xâ)/(xâ â xâ).
ErklĂ€rung: (y â yâ)/(yâ â yâ) = (x â xâ)/(xâ â xâ) â die Zweipunktegleichung.
Wenn die Richtungsvektoren zweier Geraden im Raum parallel sind, aber die Geraden keinen gemeinsamen Punkt haben, sind die Geraden parallel.
ErklÀrung: Richtig. Parallele Richtungsvektoren + kein gemeinsamer Punkt = echt parallele Geraden (nicht windschief, da windschief nur bei nicht-parallelen Richtungen).
Welche Gleichung ist eine parameterfreie Gleichung fĂŒr die Gerade durch Pâ(27; 34) und Pâ(â3; â6)?
ErklĂ€rung: aâ = (â30; â40), also m = (â40)/(â30) = 4/3. y â 34 = (4/3)(x â 27) â 3y â 102 = 4x â 108 â 4x â 3y = 6.
Die Gerade g geht durch Pâ(0; â2) und hat den Richtungsvektor aâ(3; 2). Bei welchem Parameterwert t liegt der Punkt (6; 2) auf g?
ErklĂ€rung: x = 0 + 3t = 6 â t = 2. Probe: y = â2 + 2·2 = 2. â
g: xâ = (8;12;0) + t(1;2;â4) und h: xâ = (4;12;0) + s(6;0;â12). Wie ist die gegenseitige Lage?
ErklĂ€rung: (6;0;â12) = 6·(1;0;â2). Aber (1;2;â4) â r·(1;0;â2) fĂŒr jedes r. Also nicht parallel... PrĂŒfen: (6;0;â12) = k·(1;2;â4)? k=6: (6;12;â24) â (6;0;â12). Also nicht parallel. Gleichsetzen: 8+t = 4+6s, 12+2t = 12, 0â4t = 0â12s. Aus der zweiten: t = 0. Aus der ersten: 8 = 4+6s â s = 2/3. Aus der dritten: 0 = â12·(2/3) = â8 â 0. Kein Schnittpunkt, nicht parallel â windschief.
Die allgemeine Geradengleichung in der Ebene lautet Ax + By = C, wobei A und B nicht beide 0 sein dĂŒrfen.
ErklĂ€rung: Richtig. AÂČ + BÂČ â 0 stellt sicher, dass eine echte Gerade beschrieben wird.
Gegeben: g: xâ = (2;2;3) + t(â1;0;â1) und die xy-Ebene (z = 0). Gib die x-Koordinate des DurchstoĂpunkts an.
ErklĂ€rung: z = 0: 3 â t = 0 â t = 3. x = 2 â 3 = â1. y = 2. DurchstoĂpunkt: (â1; 2; 0).
Zur Achse parallele Geraden in der Ebene: Eine Gerade parallel zur x-Achse hat die Gleichung y = ___.
ErklĂ€rung: Geraden parallel zur x-Achse haben die Form y = yâ (horizontale Geraden).
Ein Radarstation ortet ein Ziel bei Pâ(24;5;7) und Pâ(21;3;6.5). Der Richtungsvektor der Flugbahn ist:
ErklĂ€rung: aâ = Pâ â Pâ = (21â24; 3â5; 6,5â7) = (â3; â2; â0,5).
Die Gerade g: 2x â 3y = 6 schneidet die y-Achse bei y = ?.
ErklĂ€rung: x = 0: 2·0 â 3y = 6 â y = â2.