Winkel zwischen Vektoren
a = (1; 1; 0) und b = (0; 1; 1). Wie groĂ ist cos Ï?
ErklĂ€rung: a·b = 1, |a|·|b| = â2·â2 = 2, also cos Ï = 1/2. Die 1 ist nur der ZĂ€hler a·b, 1/4 entsteht, wenn man die Quadrate der LĂ€ngen statt der LĂ€ngen multipliziert.
Die Vektoren a = (1; 2; 2) und b = (0; 3; 0) schlieĂen den Winkel Ï ein. Wie groĂ ist cos Ï?
ErklĂ€rung: a·b = 0 + 6 + 0 = 6, |a| = 3, |b| = 3, also cos Ï = 6/9 = 2/3. 6 ist nur das Skalarprodukt, 2 entsteht, wenn man nur durch eine LĂ€nge teilt (6/3).
Berechne cos Ï fĂŒr a = (2; 1; 2) und b = (1; 2; 2) (auf 2 Nachkommastellen).
ErklĂ€rung: a·b = 2 + 2 + 4 = 8, |a| = |b| = 3, cos Ï = 8/9 â 0,889 â 0,89.
Zwei Vektoren haben die LĂ€ngen 4 und 5 und schlieĂen einen Winkel von 60° ein. Berechne ihr Skalarprodukt.
ErklÀrung: a·b = |a|·|b|·cos 60° = 4·5·0,5 = 10.
FĂŒr zwei Vektoren gilt a·b = â4. Welcher Winkel zwischen ihnen ist möglich?
ErklĂ€rung: Ein negatives Skalarprodukt bedeutet cos Ï < 0, also Ï zwischen 90° und 180°: 120° passt. 60° hĂ€tte cos Ï = 0,5 > 0, und bei 90° wĂ€re a·b = 0.
Der Winkel zwischen a = (2; 1; 0) und b = (â1; â3; 4) ist spitz.
ErklĂ€rung: a·b = â2 â 3 + 0 = â5 < 0, also ist der Winkel stumpf.
Ist a·b < 0, dann ist der Winkel zwischen a und b (spitz oder stumpf): ___
ErklĂ€rung: cos Ï hat das Vorzeichen von a·b; cos Ï < 0 gehört zu Winkeln zwischen 90° und 180°, also stumpf.
Bei wie vielen der vier Paare ist der Winkel stumpf? (1; 0; 0) und (â1; 1; 0); (2; 2; 0) und (1; â1; 0); (1; 2; 3) und (3; 2; 1); (0; 1; 0) und (0; â2; 5).
ErklĂ€rung: Skalarprodukte: â1, 0, 10, â2. Stumpf ist der Winkel bei den negativen: zwei Paare. Bei 0 ist er recht, bei 10 spitz.
Es ist cos Ï = â0,5. Wie groĂ ist Ï?
ErklĂ€rung: cosâ»Âč(â0,5) = 120°. 60° hat cos Ï = +0,5 (Vorzeichen ignoriert); 240° liegt auĂerhalb von 0° bis 180°, so groĂ ist ein Winkel zwischen Vektoren nie.
Wie groĂ ist der Winkel zwischen a = (3; 4; 0) und b = (1; 0; 0)?
ErklĂ€rung: cos Ï = 3/(5·1) = 0,6, also Ï = cosâ»Âč(0,6) â 53,1°. 36,9° entsteht mit sinâ»Âč statt cosâ»Âč, 126,9° ist der Nebenwinkel.
Berechne den Winkel Ï zwischen a = (1; 2; 2) und b = (2; â1; 2) (auf 0,1° genau).
ErklĂ€rung: a·b = 2 â 2 + 4 = 4, |a|·|b| = 9, cos Ï = 4/9 â 0,444, Ï â 63,6°.
Zwei KrĂ€fte Fâ = (3; 4; 0) und Fâ = (4; 0; 3) greifen im selben Punkt an. Wie groĂ ist der Winkel zwischen ihnen (auf 0,1° genau)?
ErklĂ€rung: Fâ·Fâ = 12, |Fâ|·|Fâ| = 5·5 = 25, cos Ï = 0,48, Ï â 61,3°.
Im Dreieck ABC soll der Winkel ÎČ bei B berechnet werden. Welche beiden Vektoren nimmst du?
ErklĂ€rung: Beide Vektoren mĂŒssen in B beginnen: BA und BC. Mit AB und BC misst man den Nebenwinkel 180° â ÎČ, mit AB und AC den Winkel bei A.
Im Dreieck mit P(2 | 0 | 0), Q(0 | 2 | 0) und R(0 | 0 | 2): Wie groĂ ist der Winkel bei Q?
ErklĂ€rung: QP = (2; â2; 0), QR = (0; â2; 2): QP·QR = 4, |QP|·|QR| = â8·â8 = 8, cos = 1/2, also 60° (das Dreieck ist gleichseitig). 120° entsteht mit PQ statt QP.
Im Dreieck A(0 | 0 | 0), B(2 | 2 | 1), C(2 | â1 | 2): Berechne cos ÎČ fĂŒr den Winkel bei B (auf 2 Nachkommastellen).
ErklĂ€rung: BA = (â2; â2; â1), BC = (0; â3; 1): BA·BC = 5, |BA| = 3, |BC| = â10, cos ÎČ = 5/(3·â10) â 0,527 â 0,53.
Im Dreieck A(0 | 0 | 0), B(2 | 2 | 1), C(2 | â1 | 2): Wie groĂ ist der Winkel α bei A (auf 0,1° genau)?
ErklĂ€rung: AB = (2; 2; 1), AC = (2; â1; 2): AB·AC = 4 â 2 + 2 = 4, |AB| = |AC| = 3, cos α = 4/9, α â 63,6°.
Bestimme im Dreieck A(0 | 0 | 0), B(2 | 2 | 1), C(2 | â1 | 2) alle drei Innenwinkel mit dem Skalarprodukt und ĂŒberprĂŒfe deine Ergebnisse mit der Winkelsumme. Gib bei jedem Winkel an, welche zwei Vektoren du benutzt.
Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.
ErklĂ€rung: FĂŒr jeden Eckpunkt nimmt man die beiden Vektoren, die dort beginnen. Die drei Winkel ergeben zusammen 180°.