Gerade und Ebene
Setze g: X = (1; 0; 2) + λ·(1; 2; â1) in E: xâ + xâ + 2xâ = 8 ein. Welche Gleichung fĂŒr λ entsteht?
ErklĂ€rung: xâ = 1 + λ, xâ = 2λ, xâ = 2 â λ ergibt (1 + λ) + 2λ + 2(2 â λ) = 5 + λ. Bei â3 + λâ fehlt der Faktor 2 vor xâ beim Aufpunkt (1 + 0 + 2), bei â5 + 2λâ ist das Skalarprodukt n·u = 1 + 2 â 2 = 1 mit der bloĂen Summe 1 + 2 â 1 = 2 der Richtungskoordinaten verwechselt.
FĂŒr g: X = (1; 0; 2) + λ·(1; 2; â1) und E: xâ + xâ + 2xâ = 8 folgt λ = 3. Welchen DurchstoĂpunkt hat g mit E?
ErklĂ€rung: Man setzt λ = 3 in g ein: (1 + 3; 0 + 6; 2 â 3) = (4; 6; â1). Probe in E: 4 + 6 â 2 = 8. (3 | 6 | â3) ist nur 3·u ohne den Aufpunkt, (1 | 0 | 2) ist der Aufpunkt selbst (λ = 0).
Setzt man g: X = (0; 0; 1) + λ·(1; 1; 1) in E: xâ + xâ + xâ = 4 ein, so erhĂ€lt man 1 + 3λ = 4. Der DurchstoĂpunkt ist S(1 | 1 | 2).
ErklÀrung: λ + λ + (1 + λ) = 1 + 3λ = 4 gibt λ = 1 und S = (1; 1; 2). Probe: 1 + 1 + 2 = 4.
FĂŒr welches λ trifft g: X = (2; â1; 0) + λ·(1; 2; 3) die Ebene E: 3xâ â xâ + xâ = 11?
ErklĂ€rung: 3(2 + λ) â (â1 + 2λ) + 3λ = 7 + 4λ = 11, also λ = 1 (DurchstoĂpunkt (3 | 1 | 3)).
Ein Laserstrahl g: X = (2; 1; 9) + λ·(1; 0; â2) trifft die Glasscheibe E: xâ + xâ + xâ = 10. Welche xâ-Koordinate hat der Auftreffpunkt?
ErklĂ€rung: (2 + λ) + 1 + (9 â 2λ) = 12 â λ = 10 gibt λ = 2. Dann ist S = (4 | 1 | 5), also xâ = 9 â 2·2 = 5.
Welche Gerade (gegeben ist nur der Richtungsvektor u) verlĂ€uft parallel zu E: 2xâ + xâ + 2xâ = 6 oder liegt in E?
ErklĂ€rung: Nur bei n·u = 0 fĂ€llt λ beim Einsetzen weg. Mit n = (2; 1; 2) ist n·(1; â2; 0) = 2 â 2 = 0, dagegen n·(1; 1; 1) = 5 und n·(2; 1; 2) = 9. Der Vektor (2; 1; 2) ist n selbst: Diese Gerade steht senkrecht auf E und trifft sie genau einmal.
Die Gerade g mit Richtungsvektor u = (4; â2; 4) steht senkrecht auf der Ebene E: 2xâ â xâ + 2xâ = 5.
ErklĂ€rung: Der Normalenvektor ist n = (2; â1; 2), und u = (4; â2; 4) = 2·n ist ein Vielfaches davon. Eine Gerade, deren Richtungsvektor ein Vielfaches von n ist, steht senkrecht auf E.
FĂŒr n = (2; 1; 2) und u = (1; â2; 0) ist n·u = 0. Deshalb steht die Gerade mit dem Richtungsvektor u senkrecht auf der Ebene mit dem Normalenvektor n.
ErklĂ€rung: n·u = 2 â 2 + 0 = 0 heiĂt, dass u senkrecht auf n steht, also in der Ebenenrichtung liegt: Die Gerade ist parallel zur Ebene (oder liegt in ihr). Senkrecht auf der Ebene stĂŒnde sie, wenn u ein Vielfaches von n wĂ€re.
Berechne n·u fĂŒr n = (1; 2; 2) und u = (3; 2; 1).
ErklĂ€rung: n·u = 1·3 + 2·2 + 2·1 = 3 + 4 + 2 = 9. Wegen 9 â 0 trifft die Gerade die Ebene in genau einem Punkt.
FĂŒr welchen Wert von a ist g: X = (0; 0; 1) + λ·(a; 2; 1) parallel zu E: 2xâ + xâ + 2xâ = 6 (oder in E enthalten)?
ErklĂ€rung: Parallel oder enthalten heiĂt n·u = 0: 2·a + 1·2 + 2·1 = 2a + 4 = 0, also a = â2.
Beim Einsetzen von g in E fÀllt λ weg und es bleibt 8 = 6. Was folgt?
ErklĂ€rung: 8 = 6 ist falsch fĂŒr jedes λ: Es gibt keinen gemeinsamen Punkt, aber wegen des weggefallenen λ ist n·u = 0, also ist g echt parallel. WĂ€re die Aussage wahr (6 = 6), lĂ€ge g in E; einen einzelnen Punkt liefert nur eine Gleichung mit λ.
Die Gerade g: X = (1; 1; 1) + λ·(1; â2; 0) liegt in E: 2xâ + xâ + 2xâ = 6.
ErklĂ€rung: Es ist n·u = 2 â 2 + 0 = 0, aber A(1 | 1 | 1) erfĂŒllt die Ebenengleichung nicht: 2 + 1 + 2 = 5 â 6. Also ist g echt parallel zu E. Erst der Aufpunkt entscheidet.
Im Bild scheint g: X = (0; 0; 4) + λ·(1; â2; 0) die FlĂ€che E: 2xâ + xâ + 2xâ = 6 zu kreuzen. TatsĂ€chlich haben g und E einen gemeinsamen Punkt.
ErklĂ€rung: Es ist n·u = 2 â 2 = 0 und n·A = 8 â 6: g ist echt parallel zu E. Das SchrĂ€gbild lĂ€sst die Gerade vor der FlĂ€che vorbeilaufen, doch rĂ€umlich bleibt sie ĂŒberall im gleichen Abstand ĂŒber E.
Setze den Aufpunkt A(3 | 0 | 2) in die linke Seite von E: 2xâ + xâ + 2xâ = 6 ein. Welchen Wert erhĂ€ltst du?
ErklĂ€rung: n·A = 2·3 + 0 + 2·2 = 10. Wegen 10 â 6 lĂ€ge g (mit n·u = 0) echt parallel zu E.
Die Gerade g: X = (c; 2; 1) + λ·(0; 2; â1) hat n·u = 0 bezĂŒglich E: 2xâ + xâ + 2xâ = 6. FĂŒr welches c liegt g ganz in E?
ErklĂ€rung: Es genĂŒgt, den Aufpunkt einzusetzen: 2c + 2 + 2·1 = 2c + 4 = 6, also c = 1. FĂŒr jedes andere c wĂ€re g echt parallel zu E.
Gegeben sind E: 2xâ â xâ + 2xâ = 3 sowie g: X = (3; â1; 2) + λ·(1; 2; â2) und h: X = (1; 0; 0) + Ό·(1; 2; 0). Untersuche fĂŒr g und fĂŒr h die Lage zu E. Berechne, wo sich Schnittpunkte ergeben, und begrĂŒnde, wenn es keinen gibt.
Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.
ErklĂ€rung: Erst n·u prĂŒfen; bei n·u â 0 einsetzen und λ lösen, bei n·u = 0 den Aufpunkt einsetzen.