Besondere Lagen

Special positions

Mathematik Klasse 12 16 Aufgaben
GeometrieKoordinatenAnalytische Geometrie

Die drei Koordinatenebenen und die drei Koordinatenachsen erkennt man an den Koordinaten: Ein Punkt in einer Koordinatenebene hat eine Koordinate 0, ein Punkt auf einer Achse zwei. Ebenso lassen sich die acht Ecken eines achsenparallelen Quaders angeben, indem man in jeder Koordinate 0 oder die Kantenlänge einsetzt. Räumt aus, Ebene und Achse zu verwechseln, und aus dem Bild statt aus den Koordinaten auf die Lage zu schließen. Bereitet Spiegelpunkte, Ebenengleichungen und Körperberechnungen vor.

Die drei Achsen spannen drei Koordinatenebenen auf: die x₁x₂-Ebene (den Boden), die x₁x₃-Ebene und die x₂x₃-Ebene. Ein Punkt in einer Ebene hat eine Koordinate 0, und zwar die der Achse, die fehlt: In der x₁x₂-Ebene gilt , in der x₁x₃-Ebene , in der x₂x₃-Ebene . Also liegt in der x₁x₃-Ebene. Der Abstand eines Punktes zu einer Koordinatenebene ist der Betrag der Koordinate der fehlenden Achse: hat von der x₁x₂-Ebene den Abstand 5.

Auf einer Koordinatenachse sind sogar zwei Koordinaten 0: liegt auf der x₂-Achse. Merke: Ebene – eine Null, Achse – zwei Nullen.

Im Schrägbild sieht man oft nicht sicher, ob ein Punkt in einer Ebene liegt; in den Koordinaten sieht man es sofort. Deshalb begründest du eine besondere Lage immer mit den Koordinaten: Ein Punkt mit liegt in der x₁x₃-Ebene, egal wie das Bild aussieht.

Setze eine Koordinate von P auf 0. In welcher Ebene liegt P dann? Was passiert bei zwei Nullen?

Auch Körper stellst du über ihre Ecken dar. Ein Quader mit Kanten parallel zu den Achsen, der Ecke O und der Gegenecke , hat acht Ecken: In jeder Koordinate steht entweder 0 oder der Wert von G, also Möglichkeiten. Vier davon haben und liegen in der x₂x₃-Ebene. Aus den Koordinaten liest du die Lage ab, ohne auf das Bild zu vertrauen.

Dreidimensionales Koordinatensystem (x₁ zum Betrachter, x₂ nach rechts, x₃ nach oben): A(2|0|0), B(2|4|0), C(0|4|0), D(0|0|3), E(2|0|3), F(0|4|3), G(2|4|3), O(0|0|0), Quader (0|0|0)–(2|4|3) x₁ 1 2 x₂ 1 2 3 4 5 x₃ 1 2 3 4 A(2|0|0) B(2|4|0) C(0|4|0) D(0|0|3) E(2|0|3) F(0|4|3) G(2|4|3) O
Der Quader mit den Ecken O und G(2 | 4 | 3): In jeder Koordinate steht 0 oder der Wert von G.

Voraussetzungen (1)

Ermöglicht (1)

Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Welcher der Punkte liegt in der x₁x₂-Ebene?

  • ● P(2 | 3 | 0)
  • ○ P(0 | 3 | 2)
  • ○ P(2 | 0 | 3)
Die x₁x₂-Ebene ist der „Boden“: dort ist die Höhe x₃ = 0. Bei P(0 | 3 | 2) ist x₁ = 0 (x₂x₃-Ebene), bei P(2 | 0 | 3) ist x₂ = 0 (x₁x₃-Ebene).
Wahr / Falsch #2 15s ▶ Testen

Der Punkt B(0 | 4 | 2) liegt in der x₂x₃-Ebene.

✓ Wahr
In der x₂x₃-Ebene fehlt die x₁-Achse, also ist x₁ = 0 — das trifft bei B zu.
Multiple Choice #3 20s ▶ Testen

Der Punkt Q ist mit seinen Hilfslinien gezeichnet. In welcher Koordinatenebene liegt Q?

  • ● in der x₁x₃-Ebene
  • ○ in der x₁x₂-Ebene
  • ○ in der x₂x₃-Ebene
Die Hilfslinien treffen die x₂-Achse im Ursprung: Q(3 | 0 | 2) hat x₂ = 0 und liegt deshalb in der x₁x₃-Ebene.
Multiple Choice #4 20s ▶ Testen

Welcher Punkt liegt auf der x₂-Achse?

  • ● P(0 | 5 | 0)
  • ○ P(5 | 0 | 0)
  • ○ P(0 | 5 | 2)
Auf der x₂-Achse sind x₁ und x₃ gleich 0. P(5 | 0 | 0) liegt auf der x₁-Achse, P(0 | 5 | 2) nur in der x₂x₃-Ebene.
Wahr / Falsch #5 15s ▶ Testen

Der Punkt C(0 | 0 | −4) liegt auf der x₃-Achse, 4 Einheiten unterhalb von O.

✓ Wahr
Zwei Koordinaten sind 0, nur x₃ = −4 ist von 0 verschieden: C liegt auf der x₃-Achse, und das Minuszeichen heißt „unterhalb“ von O.
Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Welche Koordinaten hat der im Schrägbild markierte Punkt T?

  • ● T(0 | 0 | 3)
  • ○ T(3 | 0 | 0)
  • ○ T(0 | 3 | 0)
T liegt senkrecht über O auf der x₃-Achse in der Höhe 3: T(0 | 0 | 3).
Multiple Choice #7 20s ▶ Testen

Ein Quader hat die Ecken O(0 | 0 | 0) und G(2 | 4 | 3), seine Kanten sind parallel zu den Achsen. Welche Koordinaten hat die markierte Ecke H?

  • ● H(0 | 4 | 3)
  • ○ H(2 | 4 | 0)
  • ○ H(0 | 4 | 0)
H liegt über der Ecke (0 | 4 | 0) in der Höhe 3 und hat wie G die Koordinaten x₂ = 4 und x₃ = 3, aber x₁ = 0.
Wahr / Falsch #8 15s ▶ Testen

Zum achsenparallelen Quader mit den Ecken O und G(2 | 4 | 3) gehört die Ecke (2 | 0 | 3).

✓ Wahr
In jeder Koordinate steht 0 oder der Wert von G: 2, 0 und 3 passen.
Multiple Choice #9 20s ▶ Testen

Welcher Punkt ist keine Ecke des achsenparallelen Quaders mit den Ecken O und G(2 | 4 | 3)?

  • ● P(1 | 4 | 3)
  • ○ P(2 | 0 | 3)
  • ○ P(0 | 4 | 0)
Ecken haben in jeder Koordinate 0 oder den Wert von G. Die 1 in P(1 | 4 | 3) ist weder 0 noch 2, also liegt P auf keiner Ecke.
Mittel
Lückentext #1 15s ▶ Testen

Der Punkt (4 | ___ | 6) liegt in der x₁x₃-Ebene.

✓ Antwort: 0
In der x₁x₃-Ebene fehlt die x₂-Achse, also ist die mittlere Koordinate 0.
Lückentext #2 15s ▶ Testen

Ein Punkt auf der x₃-Achse hat die Koordinaten (0 | ___ | 5).

✓ Antwort: 0
Auf der x₃-Achse sind x₁ und x₂ gleich 0.
Lückentext #3 20s ▶ Testen

Ein Quader hat die Grundfläche O, A(2 | 0 | 0), B(2 | 4 | 0), C(0 | 4 | 0) und ist 3 Einheiten hoch. Die Ecke senkrecht über B hat die Koordinaten (2 | 4 | ___).

✓ Antwort: 3
Über B liegt die Ecke G(2 | 4 | 3): Sie hat dieselben x₁ und x₂ wie B, ihre Höhe x₃ ist die Höhe des Quaders.
Schwer
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

Wie weit ist der Punkt Q(5 | −3 | 2) von der x₁x₃-Ebene entfernt?

✓ Antwort: 3
Der Abstand zur x₁x₃-Ebene ist der Betrag der x₂-Koordinate: |−3| = 3.
Zahleneingabe #2 30s ▶ Testen

Ein Punkt liegt auf der x₂-Achse, ist 5 Einheiten von O entfernt und liegt links von O. Welche x₂-Koordinate hat er?

✓ Antwort: -5
Links von O bedeutet negatives x₂: Der Punkt ist (0 | −5 | 0).
Zahleneingabe #3 30s ▶ Testen

Wie viele Ecken des Quaders mit den Ecken O und G(2 | 4 | 3) liegen in der x₂x₃-Ebene?

✓ Antwort: 4
In der x₂x₃-Ebene ist x₁ = 0. Bei den acht Ecken (2 Werte je Koordinate) ist bei genau vier x₁ = 0: (0 | 0 | 0), (0 | 4 | 0), (0 | 0 | 3), (0 | 4 | 3).
KI-bewertete Rechnung #4 240s ▶ Testen

Ein Quader hat achsenparallele Kanten, die Ecke O(0 | 0 | 0) und die Gegenecke G(5 | 4 | 3). Gib die Koordinaten aller acht Ecken an, nenne die Ecken, die in der x₂x₃-Ebene liegen, und eine Ecke auf jeder der drei Koordinatenachsen. Begründe jeweils mit den Koordinaten. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: Ecken: (0|0|0), (5|0|0), (5|4|0), (0|4|0), (0|0|3), (5|0|3), (5|4|3), (0|4|3) – in jeder Koordinate 0 oder 5 / 4 / 3, also 2·2·2 = 8. In der x₂x₃-Ebene (x₁ = 0): (0|0|0), (0|4|0), (0|0|3), (0|4|3). Auf den Achsen (zwei Nullen): (5|0|0) auf der x₁-Achse, (0|4|0) auf der x₂-Achse, (0|0|3) auf der x₃-Achse.
Jede Ecke wählt in jeder der drei Koordinaten 0 oder den Wert von G. Punkte in einer Koordinatenebene haben eine Null (hier x₁ = 0), Punkte auf einer Achse zwei.