Analytische Geometrie - Aufgaben und Lösungen · PDF fileAnalytische Geometrie Aufgaben...
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Analytische GeometrieAufgaben und Lösungen
http://www.fersch.de
©Klemens Fersch
15. Januar 2014
Inhaltsverzeichnis1 2 Punkte:Vektor - Abstand - Steigung - Mittelpunkt 3
1.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 2 Vektoren: Skalarprodukt - Fläche - Winkel 62.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3 2 Punkte: Vektor - Abstand - Mittelpunkt 93.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4 2 Vektoren: Winkel - Skalarprodukt - Vektorprodukt - Abhängigkeit 134.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5 3 Vektoren: Spatprodukt - lineare Abhängigkeit - Basisvektoren - Komplanarität 205.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
6 Gerade aus 2 Punkten 236.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
7 Ebenengleichung aufstellen 257.1 3 Punkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
7.1.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277.1.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
7.2 Punkt und Gerade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307.2.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307.2.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7.3 Parallele Geraden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337.3.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337.3.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
8 Parameterform - Koordinatenform 368.1 Determinante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8.1.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368.1.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
8.2 Vektorprodukt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438.2.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438.2.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
9 Koordinatenform - Hessesche Normalenform 509.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
1
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INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS
10 Punkt - Gerade 5210.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5310.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
11 Gerade - Gerade 6011.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6011.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
12 Punkt - Ebene (Koordinatenform) 7312.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7312.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
13 Gerade - Ebene (Koordinatenform) 7813.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7813.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
14 Ebene - Ebene 8114.1 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8214.2 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
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2 Punkte:Vektor - Abstand - Steigung - Mittelpunkt
1 2 Punkte:Vektor - Abstand - Steigung - Mittelpunkt
1
2
3
4
5
1 2 3 4 5 6−1
A(-1/3)
5
-2
B(4/1)
v⃗1
v⃗2
v⃗3
v⃗4
v⃗5
b
b
b
M
Vektor - Steigung - Ortsvektor
Die Menge aller parallelgleicher Pfeile heißt Vektor v⃗.
v⃗ =
(xy
)Ein Vektors zwischen einem Punkt A und Koordinaten-ursprung, heißt Ortsvektor.A(xa/ya)
A⃗ =
(xa
ya
)
Vektoren: A⃗B = v⃗3 = v⃗4 = v⃗5
Ortsvektor: A⃗ = v⃗1 =
(−12
)Ortsvektor: B⃗ = v⃗2 =
(41
)
Vektor zwischen 2 Punkten
2 Punkte: A(xa/ya) B(xb/yb)
A⃗B =
(xb − xa
yb − ya
)=
(xc
yc
)Punkte: A(−1/3) B(4/1)Vektor zwischen zwei Punkten
A⃗B =
(4 + 11 − 3
)=
(5−2
)
Länge des Vektors - Betrag des Vektors - Abstand zwischen zwei Punkten∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √x2
c + y2c∣∣∣−→AB
∣∣∣ = √(xb − xa)2 + (yb − ya)2)
∣∣∣A⃗B∣∣∣ = ∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √52 + (−2)2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √
29∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 5, 39
Steigung der Graden AB
A⃗B =
(xy
)Steigung der Graden ABm =
yx
Steigng der Geraden ABm =
−25
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2 Punkte:Vektor - Abstand - Steigung - Mittelpunkt Aufgaben
Mittelpunkt der Strecke AB
M⃗ = 12
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
((xa
ya
)+
(xb
yb
))M( xa+xb
2 / ya+yb2 )
Mittelpunkt der Strecke ABM⃗ = 1
2
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
((−13
)+
(41
))M⃗ =
(1 1
22
)M(1 1
2 /2)
1.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:Punkte:A(xa/ya) B(xb/yb)
Gesucht:Vektor zwischen 2 PunktenLänge des Vektors - Abstand zwischen zwei Punkten - Mittelpunkt einer Strecke
keine Aufgaben
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2 Punkte:Vektor - Abstand - Steigung - Mittelpunkt Lösungen
1.2 Lösungen
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2 Vektoren: Skalarprodukt - Fläche - Winkel
2 2 Vektoren: Skalarprodukt - Fläche - Winkel
1
2
3
4
1 2 3 4 5
a⃗
b⃗
a⃗ =
(xa
ya
)b⃗ =
(xb
yb
)a⃗ =
(3−1
)b⃗ =
(12
)
Steigung der Vektoren
ma =ya
xama =
ybxb
ma = mb ⇒ Vektoren sind parallel
Steigungms =
ya
xa=
−13
= − 13
mb =ybxb
=21= 2
Skalarprodukt
a⃗ ◦ b⃗ =
(xa
ya
)◦(
xb
yb
)= xa · xb + ya · yb
Senkrechte Vektoren:a⃗ ◦ b⃗ = 0 ⇒ a⃗ ⊥ b⃗
a⃗ ◦ b⃗ ==
(3−1
)◦(
12
)= 3 · 1 +−1 · 2 = 1
Fläche aus 2 Vektoren
Fläche des Parallelogramms aus a⃗, b⃗
A =
∣∣∣∣∣ xa xb
ya yb
∣∣∣∣∣ = xa · yb − ya · xb
Fläche des Dreiecks aus a⃗, b⃗
A = 12
∣∣∣∣∣ xa xb
ya yb
∣∣∣∣∣ = 12 (xa · yb − ya · xb)
Fläche des Parallelogramms aus a⃗, b⃗
A =
∣∣∣∣ 3 1−1 2
∣∣∣∣ = 3 · 2 −−1 · 1 = 7
Fläche des Dreiecks aus a⃗, b⃗
A = 12
∣∣∣∣ 3 1−1 2
∣∣∣∣ = 12 (3 · 2 − (−1) · 1) = 3 1
2
Winkel zwischen Vektoren
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =xa · xb + ya · yb√
x2a + y2
a ·√
x2b + y2
b
Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =3 · 1 +−1 · 2√
32 + (−1)2 ·√
12 + 22
cos α =
∣∣∣∣ 13, 16 · 2, 24
∣∣∣∣cos α = |0, 141|α = 81, 9
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2 Vektoren: Skalarprodukt - Fläche - Winkel Aufgaben
2.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:Vektoren: A⃗ =
(xaya
)B⃗ =
(xbyb
)Gesucht:Länge der Vektoren:Fläche des ParallelogrammsSkalarprodukt
keine Aufgaben
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2 Vektoren: Skalarprodukt - Fläche - Winkel Lösungen
2.2 Lösungen
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2 Punkte: Vektor - Abstand - Mittelpunkt
3 2 Punkte: Vektor - Abstand - Mittelpunkt
x1
x2
x3
A(-2/2/1)
-2 2
1
B(2/-1/5)
2-1
5 v⃗1
v⃗2
v⃗3
v⃗4
v⃗5
Vektor - Ortsvektor
Die Menge aller parallelgleicher Pfeile heißt Vektor v⃗.
v⃗ =
x1
x2
x3
Ein Vektor zwischen einem Punkt A und Koordinaten-ursprung, heißt Ortsvektor.A(a1/a2/a3)
A⃗ =
a1
a2
a3
Vektoren: A⃗B = v⃗3 = v⃗4 = v⃗5Ortsvektor: A⃗ = v⃗1Ortsvektor: B⃗ = v⃗2
Vektor zwischen 2 Punkten
2 Punkte: A(a1/a2/a3) B(b1/b2/b3)
A⃗B =
b1 − a1
b2 − a2
b3 − a2
=
c1
c2
c3
Punkte: A(−2/2/1) B(2/ − 1/5)Vektor zwischen zwei Punkten
A⃗B =
2 + 2−1 − 25 − 1
=
4−34
Länge des Vektors - Betrag des Vektors - Abstand zwischen zwei Punkten∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √c21 + c2
2 + c23∣∣∣−→AB
∣∣∣ = √(b1 − a1)2 + (b2 − a2)2 + (b3 − a3)2
∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √c2
1 + c22 + c2
3∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √42 + (−3)2 + 42∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √
41∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 6, 4
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2 Punkte: Vektor - Abstand - Mittelpunkt Aufgaben
Mittelpunkt der Strecke AB
M⃗ = 12
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
a1
a2
a3
+
b1
b2
b3
M( a1+b12 / a2+b2
2 / a3+b32 )
Mittelpunkt der Strecke ABM⃗ = 1
2
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
−221
+
2−15
M⃗ =
0123
M(0/ 1
2 /3)
3.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:Punkte:A(a1/a2/a3) B(b1/b2/b3)
Gesucht:Vektor zwischen 2 PunktenLänge des Vektors - Abstand zwischen zwei Punkten - Mittelpunkt einer Strecke
(1) Punkte: A(4/3/7) B(6/4/5)(2) Punkte: A(8/3/ − 8) B(4/ − 7/2)(3) Punkte: A(2/3/45) B(5/6/7)(4) Punkte: A(2/4/ − 8) B(6/7/ − 9)(5) Punkte: A(−1/2/5) B(−4/5/4)
(6) Punkte: A(2 35 /1 1
2 / 59 ) B(4/1 1
9 /1 115 )
(7) Punkte: A(2 35 / − 4
5 / − 1 19 ) B(−5 1
8 /0/ − 1)(8) Punkte: A(−2/2/1) B(2/ − 1/5)
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2 Punkte: Vektor - Abstand - Mittelpunkt Lösungen
3.2 LösungenAufgabe (1)
Punkte: A(4/3/7) B(6/4/5)• Vektor zwischen zwei Punkten
A⃗B =
6 − 44 − 35 − 7
=
21−2
• Abstand von 2 Punkten (Betrag des Vektors)∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √c21 + c2
2 + c23∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √22 + 12 + (−2)2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √
9∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 3
• Mittelpunkt der Strecke ABM⃗ = 1
2
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
437
+
645
M⃗ =
53 1
26
M(5/3 1
2 /6)
Aufgabe (2)
Punkte: A(8/3/ − 8) B(4/ − 7/2)• Vektor zwischen zwei Punkten
A⃗B =
4 − 8−7 − 32 + 8
=
−4−1010
• Abstand von 2 Punkten (Betrag des Vektors)∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √c21 + c2
2 + c23∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √(−4)2 + (−10)2 + 102∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √
216∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 14, 7
• Mittelpunkt der Strecke ABM⃗ = 1
2
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
83−8
+
4−72
M⃗ =
6−2−3
M(6/ − 2/ − 3)
Aufgabe (3)
Punkte: A(2/3/45) B(5/6/7)• Vektor zwischen zwei Punkten
A⃗B =
5 − 26 − 37 − 45
=
33
−38
• Abstand von 2 Punkten (Betrag des Vektors)∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √c21 + c2
2 + c23∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √32 + 32 + (−38)2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √1, 46 · 103∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 38, 2
• Mittelpunkt der Strecke ABM⃗ = 1
2
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
2345
+
567
M⃗ =
3 12
4 12
26
M(3 1
2 /4 12 /26)
Aufgabe (4)
Punkte: A(2/4/ − 8) B(6/7/ − 9)• Vektor zwischen zwei Punkten
A⃗B =
6 − 27 − 4−9 + 8
=
43−1
• Abstand von 2 Punkten (Betrag des Vektors)∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √c21 + c2
2 + c23∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √42 + 32 + (−1)2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √
26∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 5, 1
• Mittelpunkt der Strecke ABM⃗ = 1
2
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
24−8
+
67−9
M⃗ =
45 1
2−8 1
2
M(4/5 1
2 / − 8 12 )
Aufgabe (5)
Punkte: A(−1/2/5) B(−4/5/4)• Vektor zwischen zwei Punkten
A⃗B =
−4 + 15 − 24 − 5
=
−33−1
• Abstand von 2 Punkten (Betrag des Vektors)∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √c21 + c2
2 + c23
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2 Punkte: Vektor - Abstand - Mittelpunkt Lösungen
∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √(−3)2 + 32 + (−1)2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √
19∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 4, 36
• Mittelpunkt der Strecke ABM⃗ = 1
2
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
−125
+
−454
M⃗ =
−2 12
3 12
4 12
M(−2 1
2 /3 12 /4 1
2 )
Aufgabe (6)
Punkte: A(2 35 /1 1
2 / 59 ) B(4/1 1
9 /1 115 )
• Vektor zwischen zwei Punkten
A⃗B =
4 − 2 35
1 19 − 1 1
21 1
15 − 59
=
1 25
− 718
2345
• Abstand von 2 Punkten (Betrag des Vektors)∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √c21 + c2
2 + c23∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √1 25
2+(− 7
18)2
+ 2345
2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √
2, 37∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 1, 54
• Mittelpunkt der Strecke ABM⃗ = 1
2
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
2 35
1 12
59
+
41 1
91 1
15
M⃗ =
3 310
1 1136
7390
M(3 3
10 /1 1136 / 73
90 )
Aufgabe (7)
Punkte: A(2 35 / − 4
5 / − 1 19 ) B(−5 1
8 /0/ − 1)• Vektor zwischen zwei Punkten
A⃗B =
−5 18 − 2 3
50 + 4
5−1 + 1 1
9
=
−7 2940
4519
• Abstand von 2 Punkten (Betrag des Vektors)∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √c21 + c2
2 + c23∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √(−7 2940)2
+ 45
2+ 1
92∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √60, 3∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = 7, 77• Mittelpunkt der Strecke ABM⃗ = 1
2
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
2 35
− 45
−1 19
+
−5 18
0−1
M⃗ =
−1 2180
− 25
−1 118
M(−1 21
80 / − 25 / − 1 1
18 )
Aufgabe (8)
Punkte: A(−2/2/1) B(2/ − 1/5)• Vektor zwischen zwei Punkten
A⃗B =
2 + 2−1 − 25 − 1
=
4−34
• Abstand von 2 Punkten (Betrag des Vektors)∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √c21 + c2
2 + c23∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = √42 + (−3)2 + 42∣∣∣A⃗B∣∣∣ = √
41∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 6, 4
• Mittelpunkt der Strecke ABM⃗ = 1
2
(A⃗ + B⃗
)M⃗ = 1
2
−221
+
2−15
M⃗ =
0123
M(0/ 1
2 /3)
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2 Vektoren: Winkel - Skalarprodukt - Vektorprodukt - Abhängigkeit
4 2 Vektoren: Winkel - Skalarprodukt - Vektorprodukt - Abhängigkeit
-������*
6
������*-
p p α
b⃗
a⃗
a⃗×⃗b
A
������*
������*
b⃗ a⃗
a⃗ =
a1
a2
a3
b⃗ =
b1
b2
b3
a⃗ =
212
b⃗ =
−21−2
Länge der Vektoren
|⃗a| =√
a21 + a2
2 + a23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b2
1 + b22 + b2
3
Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
22 + 12 + 22
|⃗a| = 3∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √(−2)2 + 12 + (−2)2∣∣∣⃗b∣∣∣ = 3
Skalarprodukt
a⃗ ◦ b⃗ =
a1
a2
a3
◦
b1
b2
b3
=
a1 · b1 + a2 · b2 + a3 · b3
Senkrechte Vektoren:a⃗ ◦ b⃗ = 0 ⇒ a⃗ ⊥ b⃗
Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 2 · −2 + 1 · 1 + 2 · −2 = −7
Vektorprodukt - Fläche des Parallelogramms
c⃗ ⊥ a⃗ und c⃗ ⊥ b⃗
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
a2 · b3 − a3 · b2
a3 · b1 − b3 · a1
a1 · b2 − a2 · b1
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
c1
c2
c3
Fläche des Parallelogramms:A =
∣∣∣⃗a × b⃗∣∣∣
A = |⃗c| =√
c21 + c2
2 + c23
Fläche des Dreiecks aus a⃗, b⃗
A = 12
∣∣∣⃗a × b⃗∣∣∣
Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
1 · (−2)− 2 · 12 · (−2)− (−2) · 2
2 · 1 − 1 · (−2)
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
−404
Fläche des Parallelogramms:|⃗c| =
√(−4)2 + 02 + 42
|⃗c| = 5, 657
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2 Vektoren: Winkel - Skalarprodukt - Vektorprodukt - Abhängigkeit Aufgaben
Winkel zwischen Vektoren
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =a1b1 + a2b2 + a3b3√
a21 + a2
2 + a23 ·√
b21 + b2
2 + b23
Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ −73 · 3
∣∣∣∣cos α =
∣∣∣− 79
∣∣∣α = 38, 942
Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren
a1 = b1k / : b1 ⇒ k1
a2 = b2k / : b2 ⇒ k2
a3 = b3k / : b3 ⇒ k3
k1 = k2 = k3 ⇒Vekoren sind linear abhängig - parallelnicht alle k gleich ⇒Vektoren sind linear unabhängig - nicht parallel
Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 212
= k ·
−21−2
2 = −2k / : −2 ⇒ k = −11 = 1k / : 1 ⇒ k = 12 = −2k / : −2 ⇒ k = −1
⇒ Vektoren sind linear unabhängig - nicht parallel
4.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:
Vektoren: A⃗ =
a1a2a3
B⃗ =
b1b2b3
Gesucht:Länge der Vektoren:Fläche des ParallelogrammsVektorproduktSkalarproduktLineare Abhängigkeit von 2 Vektoren
(1) Vektor: A⃗ =
212
B⃗ =
−21−2
(2) Vektor: A⃗ =
21−4
B⃗ =
−2−14
(3) Vektor: A⃗ =
264
B⃗ =
−8−1−3
(4) Vektor: A⃗ =
134
B⃗ =
−2−6−8
(5) Vektor: A⃗ =
859
B⃗ =
902
(6) Vektor: A⃗ =
266
B⃗ =
801
(7) Vektor: A⃗ =
337
B⃗ =
092
(8) Vektor: A⃗ =
653
B⃗ =
191
(9) Vektor: A⃗ =
210
B⃗ =
04 1
21 1
2
(10) Vektor: A⃗ =
589
B⃗ =
662
(11) Vektor: A⃗ =
231
B⃗ =
462
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2 Vektoren: Winkel - Skalarprodukt - Vektorprodukt - Abhängigkeit Lösungen
4.2 LösungenAufgabe (1)
Vektoren: a⃗ =
212
b⃗ =
−21−2
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
22 + 12 + 22
|⃗a| = 3∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √(−2)2 + 12 + (−2)2∣∣∣⃗b∣∣∣ = 3
• Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 2 · −2 + 1 · 1 + 2 · −2 = −7• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
1 · (−2)− 2 · 12 · (−2)− (−2) · 2
2 · 1 − 1 · (−2)
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
−404
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√(−4)2 + 02 + 42
|⃗c| = 5, 66• Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ −73 · 3
∣∣∣∣cos α =
∣∣∣∣−79
∣∣∣∣α = 38, 9• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 2
12
= k ·
−21−2
2 = −2k / : −2 ⇒ k = −11 = 1k / : 1 ⇒ k = 12 = −2k / : −2 ⇒ k = −1
⇒ Vektoren sind linear unabhängig - nicht parallel
Aufgabe (2)
Vektoren: a⃗ =
21−4
b⃗ =
−2−14
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
22 + 12 + (−4)2
|⃗a| = 4, 58
∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √(−2)2 + (−1)2 + 42∣∣∣⃗b∣∣∣ = 4, 58
• Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 2 · −2 + 1 · −1 − 4 · 4 = −21• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
1 · 4 − (−4) · (−1)−4 · (−2)− 4 · 2
2 · (−1)− 1 · (−2)
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
000
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√02 + 02 + 02
|⃗c| = 0• Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ −214, 58 · 4, 58
∣∣∣∣cos α = |−1|α = 0• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 2
1−4
= k ·
−2−14
2 = −2k / : −2 ⇒ k = −11 = −1k / : −1 ⇒ k = −1−4 = 4k / : 4 ⇒ k = −1
⇒ Vektoren sind linear abhängig - parallel
Aufgabe (3)
Vektoren: a⃗ =
264
b⃗ =
−8−1−3
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
22 + 62 + 42
|⃗a| = 7, 48∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √(−8)2 + (−1)2 + (−3)2∣∣∣⃗b∣∣∣ = 8, 6
• Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 2 · −8 + 6 · −1 + 4 · −3 = −34• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
6 · (−3)− 4 · (−1)4 · (−8)− (−3) · 22 · (−1)− 6 · (−8)
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2 Vektoren: Winkel - Skalarprodukt - Vektorprodukt - Abhängigkeit Lösungen
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
−14−2646
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√(−14)2 + (−26)2 + 462
|⃗c| = 54, 7• Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ −347, 48 · 8, 6
∣∣∣∣cos α = |−0, 528|α = 58, 1• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 2
64
= k ·
−8−1−3
2 = −8k / : −8 ⇒ k = − 1
46 = −1k / : −1 ⇒ k = −64 = −3k / : −3 ⇒ k = −1 1
3
⇒ Vektoren sind linear unabhängig - nicht parallel
Aufgabe (4)
Vektoren: a⃗ =
134
b⃗ =
−2−6−8
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
12 + 32 + 42
|⃗a| = 5, 1∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √(−2)2 + (−6)2 + (−8)2∣∣∣⃗b∣∣∣ = 10, 2
• Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 1 · −2 + 3 · −6 + 4 · −8 = −52• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
3 · (−8)− 4 · (−6)4 · (−2)− (−8) · 11 · (−6)− 3 · (−2)
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
000
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√02 + 02 + 02
|⃗c| = 0• Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ −525, 1 · 10, 2
∣∣∣∣cos α = |−1|α = NaN
• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 134
= k ·
−2−6−8
1 = −2k / : −2 ⇒ k = − 1
23 = −6k / : −6 ⇒ k = − 1
24 = −8k / : −8 ⇒ k = − 1
2
⇒ Vektoren sind linear abhängig - parallel
Aufgabe (5)
Vektoren: a⃗ =
859
b⃗ =
902
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
82 + 52 + 92
|⃗a| = 13∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √
92 + 02 + 22∣∣∣⃗b∣∣∣ = 9, 22• Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 8 · 9 + 5 · 0 + 9 · 2 = 90• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
5 · 2 − 9 · 09 · 9 − 2 · 88 · 0 − 5 · 9
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
1065−45
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√102 + 652 + (−45)2
|⃗c| = 79, 7• Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ 9013 · 9, 22
∣∣∣∣cos α = |0, 749|α = 41, 5• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 8
59
= k ·
902
8 = 9k / : 9 ⇒ k = 8
95 = 0k / : 0 ⇒ k = +unendlich9 = 2k / : 2 ⇒ k = 4 1
2
⇒ Vektoren sind linear unabhängig - nicht parallel
Aufgabe (6)
www.fersch.de 16
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2 Vektoren: Winkel - Skalarprodukt - Vektorprodukt - Abhängigkeit Lösungen
Vektoren: a⃗ =
266
b⃗ =
801
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
22 + 62 + 62
|⃗a| = 8, 72∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √
82 + 02 + 12∣∣∣⃗b∣∣∣ = 8, 06• Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 2 · 8 + 6 · 0 + 6 · 1 = 22• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
6 · 1 − 6 · 06 · 8 − 1 · 22 · 0 − 6 · 8
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
646−48
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√62 + 462 + (−48)2
|⃗c| = 66, 8• Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ 228, 72 · 8, 06
∣∣∣∣cos α = |0, 313|α = 71, 8• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 2
66
= k ·
801
2 = 8k / : 8 ⇒ k = 1
46 = 0k / : 0 ⇒ k = +unendlich6 = 1k / : 1 ⇒ k = 6
⇒ Vektoren sind linear unabhängig - nicht parallel
Aufgabe (7)
Vektoren: a⃗ =
337
b⃗ =
092
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
32 + 32 + 72
|⃗a| = 8, 19∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √
02 + 92 + 22∣∣∣⃗b∣∣∣ = 9, 22• Skalarprodukt:
a⃗ ◦ b⃗ = 3 · 0 + 3 · 9 + 7 · 2 = 41• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
3 · 2 − 7 · 97 · 0 − 2 · 33 · 9 − 3 · 0
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
−57−627
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√(−57)2 + (−6)2 + 272
|⃗c| = 63, 4• Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ 418, 19 · 9, 22
∣∣∣∣cos α = |0, 543|α = 57, 1• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 3
37
= k ·
092
3 = 0k / : 0 ⇒ k = +unendlich3 = 9k / : 9 ⇒ k = 1
37 = 2k / : 2 ⇒ k = 3 1
2
⇒ Vektoren sind linear unabhängig - nicht parallel
Aufgabe (8)
Vektoren: a⃗ =
653
b⃗ =
191
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
62 + 52 + 32
|⃗a| = 8, 37∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √
12 + 92 + 12∣∣∣⃗b∣∣∣ = 9, 11• Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 6 · 1 + 5 · 9 + 3 · 1 = 54• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
5 · 1 − 3 · 93 · 1 − 1 · 66 · 9 − 5 · 1
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
−22−349
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√(−22)2 + (−3)2 + 492
|⃗c| = 53, 8• Schnittwinkel:
www.fersch.de 17
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2 Vektoren: Winkel - Skalarprodukt - Vektorprodukt - Abhängigkeit Lösungen
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ 548, 37 · 9, 11
∣∣∣∣cos α = |0, 708|α = 44, 9• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 6
53
= k ·
191
6 = 1k / : 1 ⇒ k = 65 = 9k / : 9 ⇒ k = 5
93 = 1k / : 1 ⇒ k = 3
⇒ Vektoren sind linear unabhängig - nicht parallel
Aufgabe (9)
Vektoren: a⃗ =
210
b⃗ =
04 1
21 1
2
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
22 + 12 + 02
|⃗a| = 2, 24∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √02 + 4 1
22+ 1 1
22∣∣∣⃗b∣∣∣ = 4, 74
• Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 2 · 0 + 1 · 4 1
2 + 0 · 1 12 = 4 1
2• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
1 · 1 12 − 0 · 4 1
20 · 0 − 1 1
2 · 22 · 4 1
2 − 1 · 0
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
1 12
−39
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√1 1
22+ (−3)2 + 92
|⃗c| = 9, 6• Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣∣ 4 12
2, 24 · 4, 74
∣∣∣∣∣cos α = |0, 424|α = 64, 9• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 2
10
= k ·
04 1
21 1
2
2 = 0k / : 0 ⇒ k = +unendlich1 = 4 1
2 k / : 4 12 ⇒ k = 2
90 = 1 1
2 k / : 1 12 ⇒ k = 0
⇒ Vektoren sind linear unabhängig - nicht parallel
Aufgabe (10)
Vektoren: a⃗ =
589
b⃗ =
662
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
52 + 82 + 92
|⃗a| = 13∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √
62 + 62 + 22∣∣∣⃗b∣∣∣ = 8, 72• Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 5 · 6 + 8 · 6 + 9 · 2 = 96• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
8 · 2 − 9 · 69 · 6 − 2 · 55 · 6 − 8 · 6
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
−3844−18
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√(−38)2 + 442 + (−18)2
|⃗c| = 60, 9• Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ 9613 · 8, 72
∣∣∣∣cos α = |0, 845|α = 32, 4• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 5
89
= k ·
662
5 = 6k / : 6 ⇒ k = 5
68 = 6k / : 6 ⇒ k = 1 1
39 = 2k / : 2 ⇒ k = 4 1
2
⇒ Vektoren sind linear unabhängig - nicht parallel
Aufgabe (11)
Vektoren: a⃗ =
231
b⃗ =
462
www.fersch.de 18
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2 Vektoren: Winkel - Skalarprodukt - Vektorprodukt - Abhängigkeit Lösungen
• Länge der Vektoren:|⃗a| =
√a2
1 + a22 + a2
3
|⃗a| =√
22 + 32 + 12
|⃗a| = 3, 74∣∣∣⃗b∣∣∣ = √b21 + b2
2 + b23∣∣∣⃗b∣∣∣ = √
42 + 62 + 22∣∣∣⃗b∣∣∣ = 7, 48• Skalarprodukt:a⃗ ◦ b⃗ = 2 · 4 + 3 · 6 + 1 · 2 = 28• Vektorprodukt:
a⃗ × b⃗ =
3 · 2 − 1 · 61 · 4 − 2 · 22 · 6 − 3 · 4
c⃗ = a⃗ × b⃗ =
000
• Fläche des Parallelogramms|⃗c| =
√02 + 02 + 02
|⃗c| = 0• Schnittwinkel:
cos α =a⃗ ◦ b⃗
|⃗a| ·∣∣∣⃗b∣∣∣
cos α =
∣∣∣∣ 283, 74 · 7, 48
∣∣∣∣cos α = |1|α = 0• Lineare Abhängigkeit von 2 Vektoren 2
31
= k ·
462
2 = 4k / : 4 ⇒ k = 1
23 = 6k / : 6 ⇒ k = 1
21 = 2k / : 2 ⇒ k = 1
2
⇒ Vektoren sind linear abhängig - parallel
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3 Vektoren: Spatprodukt - lineare Abhängigkeit - Basisvektoren - Komplanarität
5 3 Vektoren: Spatprodukt - lineare Abhängigkeit - Basisvektoren -Komplanarität
-������*
������*-
6-������*
������*-
6
���������
���������
���������
���������
a⃗×⃗b
c⃗
a⃗
b⃗
V
-������*
��������1c⃗
a⃗
b⃗
a⃗ =
a1
a2
a3
b⃗ =
b1
b2
b3
c⃗ =
c1
c2
c3
V = (⃗a × b⃗) · c⃗ =
a1 b1 c1
a2 b2 c2
a3 b3 c3
V = a1 · b2 · c3 + b1 · c2 · a3 + c1 · a2 · b3
−c1 · b2 · a3 − a1 · c2 · b3 − b1 · a2 · c3
Spatprodukt (⃗a, b⃗, c⃗) =Vektorprodukt von a⃗, b⃗ skalar multipliziert mit c⃗ =Wert der Determinante (⃗a, b⃗, c⃗) =Volumen des Spats• V = 0 ⇒ Die 3 Vektoren sind linear abhängig -komplanar
• V ̸= 0 ⇒ Die 3 Vektoren sind linear unabhän-gig - Basisvektoren
a⃗ =
3−34
b⃗ =
−4−72
c⃗ =
722
D =
∣∣∣∣∣∣3 −4 7−3 −7 24 2 2
∣∣∣∣∣∣3 −4−3 −74 2
D = 3 · (−7) · 2 + (−4) · 2 · 4 + 7 · (−3) · 2−7 · (−7) · 4 − 3 · 2 · 2 − (−4) · (−3) · 2D = 44Die 3 Vektoren sind linear unabhängig - Basisvektoren
5.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:
a⃗ =
a1a2a3
b⃗ =
b1b2b3
c⃗ =
c1c2c3
Gesucht:Spatprodukt,lineare Abhängigkeit,Basisvektoren
(1) a⃗ =
550
b⃗ =
060
c⃗ =
078
(2) a⃗ =
3−47
b⃗ =
−372
c⃗ =
422
(3) a⃗ =
3−47
b⃗ =
−3−72
c⃗ =
422
(4) a⃗ =
210
b⃗ =
−340
c⃗ =
1−52
(5) a⃗ =
101
b⃗ =
020
c⃗ =
4−64
(6) a⃗ =
2−11
b⃗ =
12−2
c⃗ =
3−33
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3 Vektoren: Spatprodukt - lineare Abhängigkeit - Basisvektoren - Komplanarität Lösungen
5.2 LösungenAufgabe (1)
a⃗ =
550
b⃗ =
060
c⃗ =
078
V =
∣∣∣∣∣∣5 0 05 6 70 0 8
∣∣∣∣∣∣5 05 60 0
V = 5 · 6 · 8 + 0 · 7 · 0 + 0 · 5 · 0− 0 · 6 · 0 − 5 · 7 · 0 − 0 · 5 · 8V = 240Die 3 Vektoren sind linear unabhängig - Basisvektoren
Aufgabe (2)
a⃗ =
3−47
b⃗ =
−372
c⃗ =
422
V =
∣∣∣∣∣∣3 −3 4−4 7 27 2 2
∣∣∣∣∣∣3 −3−4 77 2
V = 3 · 7 · 2 + (−3) · 2 · 7 + 4 · (−4) · 2− 4 · 7 · 7 − 3 · 2 · 2 − (−3) · (−4) · 2V = −264Die 3 Vektoren sind linear unabhängig - Basisvektoren
Aufgabe (3)
a⃗ =
3−47
b⃗ =
−3−72
c⃗ =
422
V =
∣∣∣∣∣∣3 −3 4−4 −7 27 2 2
∣∣∣∣∣∣3 −3−4 −77 2
V = 3 · (−7) · 2 + (−3) · 2 · 7 + 4 · (−4) · 2− 4 · (−7) · 7 − 3 · 2 · 2 − (−3) · (−4) · 2V = 44Die 3 Vektoren sind linear unabhängig - Basisvektoren
Aufgabe (4)
a⃗ =
210
b⃗ =
−340
c⃗ =
1−52
V =
∣∣∣∣∣∣2 −3 11 4 −50 0 2
∣∣∣∣∣∣2 −31 40 0
V = 2 · 4 · 2 + (−3) · (−5) · 0 + 1 · 1 · 0− 1 · 4 · 0 − 2 · (−5) · 0 − (−3) · 1 · 2V = 22Die 3 Vektoren sind linear unabhängig - Basisvektoren
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3 Vektoren: Spatprodukt - lineare Abhängigkeit - Basisvektoren - Komplanarität Lösungen
Aufgabe (5)
a⃗ =
101
b⃗ =
020
c⃗ =
4−64
V =
∣∣∣∣∣∣1 0 40 2 −61 0 4
∣∣∣∣∣∣1 00 21 0
V = 1 · 2 · 4 + 0 · (−6) · 1 + 4 · 0 · 0− 4 · 2 · 1 − 1 · (−6) · 0 − 0 · 0 · 4V = 0Die 3 Vektoren sind linear abhängig - komplanar
Aufgabe (6)
a⃗ =
2−11
b⃗ =
12−2
c⃗ =
3−33
V =
∣∣∣∣∣∣2 1 3−1 2 −31 −2 3
∣∣∣∣∣∣2 1−1 21 −2
V = 2 · 2 · 3 + 1 · (−3) · 1 + 3 · (−1) · (−2)− 3 · 2 · 1 − 2 · (−3) · (−2)− 1 · (−1) · 3V = 0Die 3 Vektoren sind linear abhängig - komplanar
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Gerade aus 2 Punkten
6 Gerade aus 2 Punkten
x1
x2
x3
A(1/-2/3)
B(1/2/5)
g
b
b
Punkte: A(a1/a2/a3) B(b1/b2/b3)
Richtungsvektor
A⃗B =
b1 − a1
b2 − a2
b3 − a2
=
c1
c2
c3
Punkt A oder B als Aufpunkt wählen
x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
c1
c2
c3
Punkte: A(1/ − 3/3) B(1/2/5)Gerade aus zwei Punkten:
A⃗B =
1 − 12 + 35 − 3
=
052
x⃗ =
1−33
+ λ
052
Besondere Geraden
x1 − Achse x2 − Achse x3 − Achse
x⃗ = λ
100
x⃗ = λ
010
x⃗ = λ
001
6.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:Punkte:A(a1/a2/a3) B(b1/b2/b3)
Gesucht:Gerade aus zwei Punkten
(1) Punkte: A(2/6/8) B(8/3/5)(2) Punkte: A(7/8/6) B(3/1/5)(3) Punkte: A(3/ − 4 1
2 /4) B(5/ − 5/1)(4) Punkte: A(2/ − 4/ − 5) B(6/7/8)
(5) Punkte: A(2/3/0) B(0/ − 4/5)(6) Punkte: A(3/4/ − 3) B(2/ − 3/1)(7) Punkte: A(1/ − 3/3) B(1/2/5)
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Gerade aus 2 Punkten Lösungen
6.2 LösungenAufgabe (1)
Punkte: A(2/6/8) B(8/3/5)Gerade aus zwei Punkten:
A⃗B =
8 − 23 − 65 − 8
=
6−3−3
x⃗ =
268
+ λ
6−3−3
Aufgabe (2)
Punkte: A(7/8/6) B(3/1/5)Gerade aus zwei Punkten:
A⃗B =
3 − 71 − 85 − 6
=
−4−7−1
x⃗ =
786
+ λ
−4−7−1
Aufgabe (3)
Punkte: A(3/ − 4 12 /4) B(5/ − 5/1)
Gerade aus zwei Punkten:
A⃗B =
5 − 3−5 + 4 1
21 − 4
=
2− 1
2−3
x⃗ =
3−4 1
24
+ λ
2− 1
2−3
Aufgabe (4)
Punkte: A(2/ − 4/ − 5) B(6/7/8)Gerade aus zwei Punkten:
A⃗B =
6 − 27 + 48 + 5
=
41113
x⃗ =
2−4−5
+ λ
41113
Aufgabe (5)
Punkte: A(2/3/0) B(0/ − 4/5)Gerade aus zwei Punkten:
A⃗B =
0 − 2−4 − 35 − 0
=
−2−75
x⃗ =
230
+ λ
−2−75
Aufgabe (6)
Punkte: A(3/4/ − 3) B(2/ − 3/1)Gerade aus zwei Punkten:
A⃗B =
2 − 3−3 − 41 + 3
=
−1−74
x⃗ =
34−3
+ λ
−1−74
Aufgabe (7)
Punkte: A(1/ − 3/3) B(1/2/5)Gerade aus zwei Punkten:
A⃗B =
1 − 12 + 35 − 3
=
052
x⃗ =
1−33
+ λ
052
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Ebenengleichung aufstellen
7 Ebenengleichung aufstellen
x1
x2
x3
A(2/-1/3)
B(1/2/5)
C(3/2/3)
Ebene Eb
b
b
Ebene aus 3 Punkten
Punkte: A(a1/a2/a3) B(b1/b2/b3) C(c1/c2/c3)
Die 3 Punkte dürfen nicht auf einer Geraden liegen.Ebene aus drei Punkten:
Richtungsvektor: A⃗B =
b1 − a1
b2 − a2
b3 − a3
=
d1
d2
d3
Richtungsvektor: A⃗C =
c1 − a1
c2 − a2
c3 − a2
=
e1
e2
e3
Ebenengleichung aus Aufpunkt und den Richtungsvek-toren.
x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
d1
d2
d3
+ σ
e1
e2
e3
Punkte: A(2,−1, 3) B(1, 2, 5) C(3, 2, 3)Ebene aus drei Punkten:
A⃗B =
1 − 22 + 15 − 3
=
−132
A⃗C =
3 − 22 + 13 − 3
=
130
x⃗ =
2−13
+ λ
−132
+ σ
130
Ebene aus Gerade und Punkt
Der Punkte darf nicht auf der Geraden liegen.
x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
Punkt: C(c1/c2/c3)
Richtungsvektor zwischen
Aufpunkt A und dem Punkt C
A⃗C =
c1 − a1
c2 − a2
c3 − a2
=
e1
e2
e3
x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
+ σ
e1
e2
e3
Gerade: x⃗ =
13−4
+ λ
23−3
Punkt: C(2/0/1)
A⃗C =
2 − 10 − 31 − 3
=
1−35
x⃗ =
13−4
+ λ
23−3
+ σ
1−35
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Ebenengleichung aufstellen
Ebene aus zwei parallelen Geraden
Gerade 1: x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
Gerade 2: x⃗ =
c1
c2
c3
+ σ
d1
d2
d3
Bei parallelen Geraden sind Richtungsvektoren linearabhängig. Für die Ebenengleichung muß ein 2. Rich-tungsvektor erstellt werden. 2. Richtungsvektor zwi-schen den Aufpunkten A und C.Ebenengleichung in Parameterform
A⃗C =
c1 − a1
c2 − a2
c3 − a2
=
e1
e2
e3
x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
+ σ
e1
e2
e3
Gerade 1: x⃗ =
130
+ λ
20−1
Gerade 2: x⃗ =
345
+ σ
40−2
Richtungsvektoren: 2
0−1
= k ·
40−2
2 = +4k / : 4 ⇒ k = 1
20 = +0k / : 0 ⇒ k = beliebig−1 = −2k / : −2 ⇒ k = 1
2
⇒ Geraden sind parallelAufpunkt von Gerade 2 in Gerade 1
x⃗ =
130
+ λ
20−1
Punkt: A(3/4/5)
3 = 1 +2λ / − 14 = 3 +0λ / − 35 = 0 −1λ / − 02 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 11 = 0λ ⇒ falsch5 = −1λ / : −1 ⇒ λ = −5
⇒Geraden sind echt parallel2. Richtungsvektor zwischen den Aufpunkten A und C
A⃗C =
3 − 14 − 35 − 0
=
215
Ebenengleichung in Parameterform
x⃗ =
130
+ λ
20−1
+ σ
215
Ebene aus zwei sich schneidenden Geraden
Gerade 1: x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
Gerade 2: x⃗ =
c1
c2
c3
+ σ
d1
d2
d3
Bei sich schneidenden Geraden sind Richtungsvektorenlinear unabhängig.Ebenengleichung in Parameterform
x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
+ σ
d1
d2
d3
Gerade 1: x⃗ =
1−28
+ λ
4−7−8
Gerade 2: x⃗ =
9−53
+ σ
−4−4−3
Die Geraden schneiden sich im Punkt S(5,−9, 0)Ebenengleichung in Parameterform
x⃗ =
1−28
+ λ
4−7−8
+ σ
−4−4−3
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Ebenengleichung aufstellen 3 Punkte
7.1 3 Punkte7.1.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:Punkte: A(a1, a2, a3) B(b1, b2, b3) C(c1, c2, c3)Gesucht:Ebene in Parameterform.
(1) Punkte: A(4, 1, 5) B(1, 3, 4) C(6, 3, 5)(2) Punkte: A(3, 6, 6) B(1, 6, 6) C(7, 1, 2)(3) Punkte: A(2, 3, 0) B(0, 0, 5) C(5, 4, 6)(4) Punkte: A(1, 3,−3) B(5,−3, 6) C(−6, 3, 4)(5) Punkte: A(1, 9,−5) B(−3, 6, 3) C(4, 5, 3)
(6) Punkte: A(7, 9, 6) B(7, 8, 4) C(8, 7, 7)(7) Punkte: A(9, 6, 9) B(1, 4, 4) C(1, 5, 4)(8) Punkte: A(2,−1, 3) B(1, 2, 5) C(3, 2, 3)
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Ebenengleichung aufstellen 3 Punkte
7.1.2 Lösungen
Aufgabe (1)
Punkte: A(4, 1, 5) B(1, 3, 4) C(6, 3, 5)Ebene aus drei Punkten:
A⃗B =
1 − 43 − 14 − 5
=
−32−1
A⃗C =
6 − 43 − 15 − 5
=
220
x⃗ =
415
+ λ
−32−1
+ σ
220
Aufgabe (2)
Punkte: A(3, 6, 6) B(1, 6, 6) C(7, 1, 2)Ebene aus drei Punkten:
A⃗B =
1 − 36 − 66 − 6
=
−200
A⃗C =
7 − 31 − 62 − 6
=
4−5−4
x⃗ =
366
+ λ
−200
+ σ
4−5−4
Aufgabe (3)
Punkte: A(2, 3, 0) B(0, 0, 5) C(5, 4, 6)Ebene aus drei Punkten:
A⃗B =
0 − 20 − 35 − 0
=
−2−35
A⃗C =
5 − 24 − 36 − 0
=
316
x⃗ =
230
+ λ
−2−35
+ σ
316
Aufgabe (4)
Punkte: A(1, 3,−3) B(5,−3, 6) C(−6, 3, 4)Ebene aus drei Punkten:
A⃗B =
5 − 1−3 − 36 + 3
=
4−69
A⃗C =
−6 − 13 − 34 + 3
=
−707
x⃗ =
13−3
+ λ
4−69
+ σ
−707
Aufgabe (5)
Punkte: A(1, 9,−5) B(−3, 6, 3) C(4, 5, 3)Ebene aus drei Punkten:
A⃗B =
−3 − 16 − 93 + 5
=
−4−38
A⃗C =
4 − 15 − 93 + 5
=
3−48
x⃗ =
19−5
+ λ
−4−38
+ σ
3−48
Aufgabe (6)
Punkte: A(7, 9, 6) B(7, 8, 4) C(8, 7, 7)Ebene aus drei Punkten:
A⃗B =
7 − 78 − 94 − 6
=
0−1−2
A⃗C =
8 − 77 − 97 − 6
=
1−21
x⃗ =
796
+ λ
0−1−2
+ σ
1−21
Aufgabe (7)
Punkte: A(9, 6, 9) B(1, 4, 4) C(1, 5, 4)Ebene aus drei Punkten:
A⃗B =
1 − 94 − 64 − 9
=
−8−2−5
A⃗C =
1 − 95 − 64 − 9
=
−8−1−5
x⃗ =
969
+ λ
−8−2−5
+ σ
−8−1−5
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Ebenengleichung aufstellen 3 Punkte
Aufgabe (8)
Punkte: A(2,−1, 3) B(1, 2, 5) C(3, 2, 3)Ebene aus drei Punkten:
A⃗B =
1 − 22 + 15 − 3
=
−132
A⃗C =
3 − 22 + 13 − 3
=
130
x⃗ =
2−13
+ λ
−132
+ σ
130
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Ebenengleichung aufstellen Punkt und Gerade
7.2 Punkt und Gerade7.2.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue Rechnung
Gegeben:⃗x =
a1a2a3
+ λ
b1b2b3
Punkt: C(c1/c2/c3)Gesucht:Ebene aus Punkt und Gerade
(1) Gerade: x⃗ =
004
+ λ
035
Punkt: C(6/7/8)
(2) Gerade: x⃗ =
355
+ λ
445
Punkt: C(4/4/4)
(3) Gerade: x⃗ =
135
+ λ
246
Punkt: C(7/8/3)
(4) Gerade: x⃗ =
13−4
+ λ
23−3
Punkt: C(2/0/1)
www.fersch.de 30
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Ebenengleichung aufstellen Punkt und Gerade
7.2.2 LösungenAufgabe (1)
Gerade: x⃗ =
004
+ λ
035
Punkt: C(6/7/8)
A⃗C =
6 − 07 − 08 − 4
=
674
x⃗ =
004
+ λ
035
+ σ
674
Aufgabe (2)
Gerade: x⃗ =
355
+ λ
445
Punkt: C(4/4/4)
A⃗C =
4 − 34 − 54 − 5
=
1−1−1
x⃗ =
355
+ λ
445
+ σ
1−1−1
Aufgabe (3)
Gerade: x⃗ =
135
+ λ
246
Punkt: C(7/8/3)
A⃗C =
7 − 18 − 33 − 5
=
65−2
x⃗ =
135
+ λ
246
+ σ
65−2
Aufgabe (4)
Gerade: x⃗ =
13−4
+ λ
23−3
Punkt: C(2/0/1)
A⃗C =
2 − 10 − 31 + 4
=
1−35
www.fersch.de 31
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Ebenengleichung aufstellen Punkt und Gerade
x⃗ =
13−4
+ λ
23−3
+ σ
1−35
www.fersch.de 32
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Ebenengleichung aufstellen Parallele Geraden
7.3 Parallele Geraden7.3.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:Zwei parallele Geraden
Gerade 1: x⃗ =
a1a2a3
+ λ
b1b2b3
Gerade 2: x⃗ =
c1c2c3
+ σ
d1d2d3
Gesucht:Ebene aus zwei Geraden
(1)
Gerade1:
x⃗ =
072
+ λ
064
Gerade2:
x⃗ =
023
+ λ
01−2
(2)
Gerade1:
x⃗ =
072
+ λ
064
Gerade2:
x⃗ =
023
+ λ
01−2
(3)
Gerade1:
x⃗ =
072
+ λ
064
Gerade2:
x⃗ =
023
+ λ
01−2
(4)
Gerade1:
x⃗ =
040
+ λ
404
Gerade2:
x⃗ =
13−3
+ λ
−351
(5)
Gerade1:
x⃗ =
−580
+ λ
4−60
Gerade2:
x⃗ =
53−3
+ λ
231
(6)
Gerade1:
x⃗ =
130
+ λ
20−1
Gerade2:
x⃗ =
345
+ λ
40−2
www.fersch.de 33
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Ebenengleichung aufstellen Parallele Geraden
7.3.2 LösungenAufgabe (1)
Gerade1:
x⃗ =
072
+ λ
064
Gerade2:
x⃗ =
023
+ λ
01−2
A⃗C =
0 − 02 − 73 − 2
=
0−51
x⃗ =
072
+ λ
064
+ σ
0−51
Aufgabe (2)
Gerade1:
x⃗ =
072
+ λ
064
Gerade2:
x⃗ =
023
+ λ
01−2
A⃗C =
0 − 02 − 73 − 2
=
0−51
x⃗ =
072
+ λ
064
+ σ
0−51
Aufgabe (3)
Gerade1:
x⃗ =
072
+ λ
064
Gerade2:
x⃗ =
023
+ λ
01−2
A⃗C =
0 − 02 − 73 − 2
=
0−51
x⃗ =
072
+ λ
064
+ σ
0−51
Aufgabe (4)
www.fersch.de 34
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Ebenengleichung aufstellen Parallele Geraden
Gerade1:
x⃗ =
040
+ λ
404
Gerade2:
x⃗ =
13−3
+ λ
−351
A⃗C =
1 − 03 − 4−3 − 0
=
1−1−3
x⃗ =
040
+ λ
404
+ σ
1−1−3
Aufgabe (5)
Gerade1:
x⃗ =
−580
+ λ
4−60
Gerade2:
x⃗ =
53−3
+ λ
231
A⃗C =
5 + 53 − 8−3 − 0
=
10−5−3
x⃗ =
−580
+ λ
4−60
+ σ
10−5−3
Aufgabe (6)
Gerade1:
x⃗ =
130
+ λ
20−1
Gerade2:
x⃗ =
345
+ λ
40−2
A⃗C =
3 − 14 − 35 − 0
=
215
x⃗ =
130
+ λ
20−1
+ σ
215
www.fersch.de 35
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Parameterform - Koordinatenform
8 Parameterform - Koordinatenform1. Methode: Determinante
x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
+ σ
c1
c2
c3
D =
x1 − a1 b1 c1
x2 − a2 b2 c2
x3 − a3 b3 c3
x1 − a1 b1
x2 − a2 b2
x3 − a3 b3
= 0
(x1 − a1) · b2 · c3 + b1 · c2 · (x3 − a3)+
c1 · (x2 − a2) · b3 − c1 · b2 · (x3 − a3)−(x1 − a1) · c2 · b3 − b1 · (x2 − a2) · c3 = 0Koordinatenform:n1x1 + n2x2 + n3x3 + k = 0
x⃗ =
1−32
+ λ
−243
+ σ
2−50
D =
x1 − 1 −2 2x2 + 3 4 −5x3 − 2 3 0
x1 − 1 −2x2 + 3 4x3 − 2 3
= 0
(x1 − 1) · 4 · 0 + (−2) · (−5) · (x3 − 2) + 2 · (x2 + 3) · 3−2 · 4 · (x3 − 2)− (x1 − 1) · (−5) · 3 − (−2) · (x2 + 3) · 0 = 015x1 + 6x2 + 2x3 − 1 = 0
Koordinatenform:15x1 + 6x2 + 2x3 − 1 = 0
2. Methode: Vektorprodukt
x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
+ σ
c1
c2
c3
Normalenvektor der Ebene mit dem Vektorprodukt
n⃗ =
b1
b2
b3
×
c1
c2
c3
=
b2 · c3 − b3 · c2
b3 · c1 − c3 · b1
b1 · c2 − b2 · c1
n⃗ =
n1
n2
n3
Normalenvektor der Ebene und Aufpunkt der Geradenin die Koordinatenform einsetzen.
n1a1 + n2a2 + n3a3 + k = 0k berechnenn1x1 + n2x2 + n3x3 + k = 0
x⃗ =
12−7
+ λ
1−10
+ σ
−101
Vektorprodukt:
n⃗ = b⃗ × c⃗ =
1−10
×
−101
=
−1 · 1 − 0 · 00 · (−1)− 1 · 1
1 · 0 − (−1) · (−1)
n⃗ =
−1−1−1
Normalenvektor in die Koordinatenform einsetzen.−1x1 − 1x2 − 1x3 + k = 0Aufpunkt in die Koordinatenform einsetzen.−1 · 1 − 1 · 2 − 1 · 1 + k = 0k = −4Koordinatenform−1x1 − 1x2 − 1x3 − 4 = 0
8.1 Determinante8.1.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:
Ebene: x⃗ =
a1a2a3
+ λ
b1b2b3
+ σ
c1c2c3
Gesucht:Ebene in Koordinatenform: n1x1 + n2x2 + n3x3 + k = 0
(1) x⃗ =
0−22
+ λ
04−9
+ σ
0−38
(2) x⃗ =
1−42
+ λ
−43−2
+ σ
322
(3) x⃗ =
1−22
+ λ
−34−5
+ σ
236
(4) x⃗ =
1−22
+ λ
−34−5
+ σ
230
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Parameterform - Koordinatenform Determinante
(5) x⃗ =
12−7
+ λ
1−10
+ σ
−101
(6) x⃗ =
2−1−3
+ λ
010
+ σ
−45−2
(7) x⃗ =
050
+ λ
4−2−3
+ σ
−562
(8) x⃗ =
5−12
+ λ
302
+ σ
03−1
(9) x⃗ =
302
+ λ
5−28
+ σ
204
www.fersch.de 37
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Parameterform - Koordinatenform Determinante
8.1.2 LösungenAufgabe (1)
x⃗ =
0−22
+ λ
04−9
+ σ
0−38
D =
x1 − 0 0 0x2 + 2 4 −3x3 − 2 −9 8
x1 − 0 0x2 + 2 4x3 − 2 −9
= 0
(x1 − 0) · 4 · 8 + 0 · (−3) · (x3 − 2) + 0 · (x2 + 2) · (−9)− 0 · 4 · (x3 − 2)− (x1 − 0) · (−3) · (−9)− 0 · (x2 + 2) · 8 = 05x1 + 0x2 + 0x3 + 0 = 05x1 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF5x1 + 0x2 + 0x3 + 0 = 0
n⃗ =
500
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
52 + 02 + 02
|⃗n| = 5
HNF:5x1 + 0x2 + 0x3 + 05
= 0
Aufgabe (2)
x⃗ =
1−42
+ λ
−43−2
+ σ
322
D =
x1 − 1 −4 3x2 + 4 3 2x3 − 2 −2 2
x1 − 1 −4x2 + 4 3x3 − 2 −2
= 0
(x1 − 1) · 3 · 2 + (−4) · 2 · (x3 − 2) + 3 · (x2 + 4) · (−2)− 3 · 3 · (x3 − 2)− (x1 − 1) · 2 · (−2)− (−4) · (x2 + 4) · 2 = 010x1 + 2x2 − 17x3 + 32 = 010x1 + 2x2 − 17x3 + 32 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF10x1 + 2x2 − 17x3 + 32 = 0
n⃗ =
102
−17
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
102 + 22 + (−17)2
|⃗n| = 19, 8
HNF:10x1 + 2x2 − 17x3 + 32−19, 8
= 0
Aufgabe (3)
www.fersch.de 38
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Parameterform - Koordinatenform Determinante
x⃗ =
1−22
+ λ
−34−5
+ σ
236
D =
x1 − 1 −3 2x2 + 2 4 3x3 − 2 −5 6
x1 − 1 −3x2 + 2 4x3 − 2 −5
= 0
(x1 − 1) · 4 · 6 + (−3) · 3 · (x3 − 2) + 2 · (x2 + 2) · (−5)− 2 · 4 · (x3 − 2)− (x1 − 1) · 3 · (−5)− (−3) · (x2 + 2) · 6 = 039x1 + 8x2 − 17x3 + 11 = 039x1 + 8x2 − 17x3 + 11 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF39x1 + 8x2 − 17x3 + 11 = 0
n⃗ =
398
−17
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
392 + 82 + (−17)2
|⃗n| = 43, 3
HNF:39x1 + 8x2 − 17x3 + 11−43, 3
= 0
Aufgabe (4)
x⃗ =
1−22
+ λ
−34−5
+ σ
230
D =
x1 − 1 −3 2x2 + 2 4 3x3 − 2 −5 0
x1 − 1 −3x2 + 2 4x3 − 2 −5
= 0
(x1 − 1) · 4 · 0 + (−3) · 3 · (x3 − 2) + 2 · (x2 + 2) · (−5)− 2 · 4 · (x3 − 2)− (x1 − 1) · 3 · (−5)− (−3) · (x2 + 2) · 0 = 015x1 − 10x2 − 17x3 − 1 = 015x1 − 10x2 − 17x3 − 1 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF15x1 − 10x2 − 17x3 − 1 = 0
n⃗ =
15−10−17
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
152 + (−10)2 + (−17)2
|⃗n| = 24, 8
HNF:15x1 − 10x2 − 17x3 − 124, 8
= 0
Aufgabe (5)
x⃗ =
12−7
+ λ
1−10
+ σ
−101
www.fersch.de 39
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Parameterform - Koordinatenform Determinante
D =x1 − 1 1 −1x2 − 2 −1 0x3 + 7 0 1
x1 − 1 1x2 − 2 −1x3 + 7 0
= 0
(x1 − 1) · (−1) · 1 + 1 · 0 · (x3 + 7) + (−1) · (x2 − 2) · 0− (−1) · (−1) · (x3 + 7)− (x1 − 1) · 0 · 0 − 1 · (x2 − 2) · 1 = 0− 1x1 − 1x2 − 1x3 − 4 = 0− 1x1 − 1x2 − 1x3 − 4 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF− 1x1 − 1x2 − 1x3 − 4 = 0
n⃗ =
−1−1−1
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−1)2 + (−1)2 + (−1)2
|⃗n| = 1, 73
HNF:−1x1 − 1x2 − 1x3 − 41, 73
= 0
Aufgabe (6)
x⃗ =
2−1−3
+ λ
010
+ σ
−45−2
D =
x1 − 2 0 −4x2 + 1 1 5x3 + 3 0 −2
x1 − 2 0x2 + 1 1x3 + 3 0
= 0
(x1 − 2) · 1 · (−2) + 0 · 5 · (x3 + 3) + (−4) · (x2 + 1) · 0− (−4) · 1 · (x3 + 3)− (x1 − 2) · 5 · 0 − 0 · (x2 + 1) · (−2) = 0− 2x1 + 0x2 + 4x3 + 16 = 0− 2x1 + 4x3 + 16 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF− 2x1 + 0x2 + 4x3 + 16 = 0
n⃗ =
−204
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−2)2 + 02 + 42
|⃗n| = 4, 47
HNF:−2x1 + 0x2 + 4x3 + 16−4, 47
= 0
Aufgabe (7)
x⃗ =
050
+ λ
4−2−3
+ σ
−562
D =
x1 − 0 4 −5x2 − 5 −2 6x3 − 0 −3 2
x1 − 0 4x2 − 5 −2x3 − 0 −3
= 0
(x1 − 0) · (−2) · 2 + 4 · 6 · (x3 − 0) + (−5) · (x2 − 5) · (−3)
www.fersch.de 40
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Parameterform - Koordinatenform Determinante
− (−5) · (−2) · (x3 − 0)− (x1 − 0) · 6 · (−3)− 4 · (x2 − 5) · 2 = 014x1 + 7x2 + 14x3 − 35 = 014x1 + 7x2 + 14x3 − 35 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF14x1 + 7x2 + 14x3 − 35 = 0
n⃗ =
14714
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
142 + 72 + 142
|⃗n| = 21
HNF:14x1 + 7x2 + 14x3 − 3521
= 0
Aufgabe (8)
x⃗ =
5−12
+ λ
302
+ σ
03−1
D =
x1 − 5 3 0x2 + 1 0 3x3 − 2 2 −1
x1 − 5 3x2 + 1 0x3 − 2 2
= 0
(x1 − 5) · 0 · (−1) + 3 · 3 · (x3 − 2) + 0 · (x2 + 1) · 2− 0 · 0 · (x3 − 2)− (x1 − 5) · 3 · 2 − 3 · (x2 + 1) · (−1) = 0− 6x1 + 3x2 + 9x3 + 15 = 0− 6x1 + 3x2 + 9x3 + 15 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF− 6x1 + 3x2 + 9x3 + 15 = 0
n⃗ =
−639
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−6)2 + 32 + 92
|⃗n| = 11, 2
HNF:−6x1 + 3x2 + 9x3 + 15−11, 2
= 0
Aufgabe (9)
x⃗ =
302
+ λ
5−28
+ σ
204
D =
x1 − 3 5 2x2 − 0 −2 0x3 − 2 8 4
x1 − 3 5x2 − 0 −2x3 − 2 8
= 0
(x1 − 3) · (−2) · 4 + 5 · 0 · (x3 − 2) + 2 · (x2 − 0) · 8− 2 · (−2) · (x3 − 2)− (x1 − 3) · 0 · 8 − 5 · (x2 − 0) · 4 = 0− 8x1 − 4x2 + 4x3 + 16 = 0− 8x1 − 4x2 + 4x3 + 16 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF
www.fersch.de 41
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Parameterform - Koordinatenform Determinante
− 8x1 − 4x2 + 4x3 + 16 = 0
n⃗ =
−8−44
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−8)2 + (−4)2 + 42
|⃗n| = 9, 8
HNF:−8x1 − 4x2 + 4x3 + 16−9, 8
= 0
www.fersch.de 42
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Parameterform - Koordinatenform Vektorprodukt
8.2 Vektorprodukt8.2.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:
Ebene: x⃗ =
a1a2a3
+ λ
b1b2b3
+ σ
c1c2c3
Gesucht:Ebene in Koordinatenform: n1x1 + n2x2 + n3x3 + k = 0
(1) x⃗ =
0−22
+ λ
04−9
+ σ
0−38
(2) x⃗ =
1−42
+ λ
−43−2
+ σ
322
(3) x⃗ =
1−22
+ λ
−34−5
+ σ
236
(4) x⃗ =
1−22
+ λ
−34−5
+ σ
230
(5) x⃗ =
12−7
+ λ
1−10
+ σ
−101
(6) x⃗ =
2−1−3
+ λ
010
+ σ
−45−2
(7) x⃗ =
050
+ λ
4−2−3
+ σ
−562
(8) x⃗ =
5−12
+ λ
302
+ σ
03−1
(9) x⃗ =
302
+ λ
5−28
+ σ
204
www.fersch.de 43
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Parameterform - Koordinatenform Vektorprodukt
8.2.2 LösungenAufgabe (1)
x⃗ =
0−22
+ λ
04−9
+ σ
0−38
Vektorprodukt:
n⃗ = b⃗ × c⃗ =
04−9
×
0−38
=
4 · 8 − (−9) · (−3)−9 · 0 − 8 · 0
0 · (−3)− 4 · 0
n⃗ =
500
Normalenvektor in die Koordinatenform einsetzen.5x1 + 0x2 + 0x3 + k = 0Aufpunkt in die Koordinatenform einsetzen.5 · 0 + 0 · −2 + 0 · 0 + k = 0k = 0Koordinatenform5x1 + 0x2 + 0x3 + 0 = 0
5x1 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF5x1 + 0x2 + 0x3 + 0 = 0
n⃗ =
500
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
52 + 02 + 02
|⃗n| = 5
HNF:5x1 + 0x2 + 0x3 + 05
= 0
Aufgabe (2)
x⃗ =
1−42
+ λ
−43−2
+ σ
322
Vektorprodukt:
n⃗ = b⃗ × c⃗ =
−43−2
×
322
=
3 · 2 − (−2) · 2−2 · 3 − 2 · (−4)−4 · 2 − 3 · 3
n⃗ =
102
−17
Normalenvektor in die Koordinatenform einsetzen.10x1 + 2x2 − 17x3 + k = 0Aufpunkt in die Koordinatenform einsetzen.10 · 1 + 2 · −4 − 17 · 1 + k = 0
www.fersch.de 44
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Parameterform - Koordinatenform Vektorprodukt
k = 32Koordinatenform10x1 + 2x2 − 17x3 + 32 = 0
10x1 + 2x2 − 17x3 + 32 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF10x1 + 2x2 − 17x3 + 32 = 0
n⃗ =
102
−17
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
102 + 22 + (−17)2
|⃗n| = 19, 8
HNF:10x1 + 2x2 − 17x3 + 32−19, 8
= 0
Aufgabe (3)
x⃗ =
1−22
+ λ
−34−5
+ σ
236
Vektorprodukt:
n⃗ = b⃗ × c⃗ =
−34−5
×
236
=
4 · 6 − (−5) · 3−5 · 2 − 6 · (−3)−3 · 3 − 4 · 2
n⃗ =
398
−17
Normalenvektor in die Koordinatenform einsetzen.39x1 + 8x2 − 17x3 + k = 0Aufpunkt in die Koordinatenform einsetzen.39 · 1 + 8 · −2 − 17 · 1 + k = 0k = 11Koordinatenform39x1 + 8x2 − 17x3 + 11 = 0
39x1 + 8x2 − 17x3 + 11 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF39x1 + 8x2 − 17x3 + 11 = 0
n⃗ =
398
−17
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
392 + 82 + (−17)2
|⃗n| = 43, 3
HNF:39x1 + 8x2 − 17x3 + 11−43, 3
= 0
www.fersch.de 45
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Parameterform - Koordinatenform Vektorprodukt
Aufgabe (4)
x⃗ =
1−22
+ λ
−34−5
+ σ
230
Vektorprodukt:
n⃗ = b⃗ × c⃗ =
−34−5
×
230
=
4 · 0 − (−5) · 3−5 · 2 − 0 · (−3)−3 · 3 − 4 · 2
n⃗ =
15−10−17
Normalenvektor in die Koordinatenform einsetzen.15x1 − 10x2 − 17x3 + k = 0Aufpunkt in die Koordinatenform einsetzen.15 · 1 − 10 · −2 − 17 · 1 + k = 0k = −1Koordinatenform15x1 − 10x2 − 17x3 − 1 = 0
15x1 − 10x2 − 17x3 − 1 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF15x1 − 10x2 − 17x3 − 1 = 0
n⃗ =
15−10−17
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
152 + (−10)2 + (−17)2
|⃗n| = 24, 8
HNF:15x1 − 10x2 − 17x3 − 124, 8
= 0
Aufgabe (5)
x⃗ =
12−7
+ λ
1−10
+ σ
−101
Vektorprodukt:
n⃗ = b⃗ × c⃗ =
1−10
×
−101
=
−1 · 1 − 0 · 00 · (−1)− 1 · 1
1 · 0 − (−1) · (−1)
n⃗ =
−1−1−1
Normalenvektor in die Koordinatenform einsetzen.− 1x1 − 1x2 − 1x3 + k = 0Aufpunkt in die Koordinatenform einsetzen.− 1 · 1 − 1 · 2 − 1 · 1 + k = 0k = −4
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Parameterform - Koordinatenform Vektorprodukt
Koordinatenform− 1x1 − 1x2 − 1x3 − 4 = 0
− 1x1 − 1x2 − 1x3 − 4 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF− 1x1 − 1x2 − 1x3 − 4 = 0
n⃗ =
−1−1−1
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−1)2 + (−1)2 + (−1)2
|⃗n| = 1, 73
HNF:−1x1 − 1x2 − 1x3 − 41, 73
= 0
Aufgabe (6)
x⃗ =
2−1−3
+ λ
010
+ σ
−45−2
Vektorprodukt:
n⃗ = b⃗ × c⃗ =
010
×
−45−2
=
1 · (−2)− 0 · 50 · (−4)− (−2) · 0
0 · 5 − 1 · (−4)
n⃗ =
−204
Normalenvektor in die Koordinatenform einsetzen.− 2x1 + 0x2 + 4x3 + k = 0Aufpunkt in die Koordinatenform einsetzen.− 2 · 2 + 0 · −1 + 4 · 2 + k = 0k = 16Koordinatenform− 2x1 + 0x2 + 4x3 + 16 = 0
− 2x1 + 4x3 + 16 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF− 2x1 + 0x2 + 4x3 + 16 = 0
n⃗ =
−204
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−2)2 + 02 + 42
|⃗n| = 4, 47
HNF:−2x1 + 0x2 + 4x3 + 16−4, 47
= 0
Aufgabe (7)
www.fersch.de 47
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Parameterform - Koordinatenform Vektorprodukt
x⃗ =
050
+ λ
4−2−3
+ σ
−562
Vektorprodukt:
n⃗ = b⃗ × c⃗ =
4−2−3
×
−562
=
−2 · 2 − (−3) · 6−3 · (−5)− 2 · 4
4 · 6 − (−2) · (−5)
n⃗ =
14714
Normalenvektor in die Koordinatenform einsetzen.14x1 + 7x2 + 14x3 + k = 0Aufpunkt in die Koordinatenform einsetzen.14 · 0 + 7 · 5 + 14 · 0 + k = 0k = −35Koordinatenform14x1 + 7x2 + 14x3 − 35 = 0
14x1 + 7x2 + 14x3 − 35 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF14x1 + 7x2 + 14x3 − 35 = 0
n⃗ =
14714
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
142 + 72 + 142
|⃗n| = 21
HNF:14x1 + 7x2 + 14x3 − 3521
= 0
Aufgabe (8)
x⃗ =
5−12
+ λ
302
+ σ
03−1
Vektorprodukt:
n⃗ = b⃗ × c⃗ =
302
×
03−1
=
0 · (−1)− 2 · 32 · 0 − (−1) · 3
3 · 3 − 0 · 0
n⃗ =
−639
Normalenvektor in die Koordinatenform einsetzen.− 6x1 + 3x2 + 9x3 + k = 0Aufpunkt in die Koordinatenform einsetzen.− 6 · 5 + 3 · −1 + 9 · 5 + k = 0k = 15Koordinatenform− 6x1 + 3x2 + 9x3 + 15 = 0
www.fersch.de 48
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Parameterform - Koordinatenform Vektorprodukt
− 6x1 + 3x2 + 9x3 + 15 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF− 6x1 + 3x2 + 9x3 + 15 = 0
n⃗ =
−639
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−6)2 + 32 + 92
|⃗n| = 11, 2
HNF:−6x1 + 3x2 + 9x3 + 15−11, 2
= 0
Aufgabe (9)
x⃗ =
302
+ λ
5−28
+ σ
204
Vektorprodukt:
n⃗ = b⃗ × c⃗ =
5−28
×
204
=
−2 · 4 − 8 · 08 · 2 − 4 · 5
5 · 0 − (−2) · 2
n⃗ =
−8−44
Normalenvektor in die Koordinatenform einsetzen.− 8x1 − 4x2 + 4x3 + k = 0Aufpunkt in die Koordinatenform einsetzen.− 8 · 3 − 4 · 0 + 4 · 3 + k = 0k = 16Koordinatenform− 8x1 − 4x2 + 4x3 + 16 = 0
− 8x1 − 4x2 + 4x3 + 16 = 0Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF− 8x1 − 4x2 + 4x3 + 16 = 0
n⃗ =
−8−44
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−8)2 + (−4)2 + 42
|⃗n| = 9, 8
HNF:−8x1 − 4x2 + 4x3 + 16−9, 8
= 0
www.fersch.de 49
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Koordinatenform - Hessesche Normalenform
9 Koordinatenform - Hessesche NormalenformKoordinatenform:n1x1 + n2x2 + n3x3 + k1 = 0Normalenvektor
n⃗ =
n1
n2
n3
Länge des Normalenvektors:|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
Hessesche Normalenform:k1 < 0HNF: n1x1 + n2x2 + n3x3 + k1√
n21 + n2
2 + n23
= 0
k1 > 0HNF: n1x1 + n2x2 + n3x3 + k1
−√
n21 + n2
2 + n23
= 0
Koordinatenform:15x1 + 6x2 + 2x3 − 1 = 0
n⃗ =
1562
Länge des Normalenvektors:|⃗n| =
√x2
1 + x22 + x2
3
|⃗n| =√
152 + 62 + 22
|⃗n| = 16, 3Hessesche Normalenform:
HNF: 15x1 + 6x2 + 2x3 − 116, 3
= 0
9.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:Ebene in Koordinatenform: n1x1 + n2x2 + n3x3 + k1 = 0Gesucht:Hessesche Normalenformk1 < 0
HNF:n1x1 + n2x2 + n3x3 + k1√n2
1 + n22 + n2
3
= 0
k1 > 0
HNF:n1x1 + n2x2 + n3x3 + k1
−√
n21 + n2
2 + n23
= 0
(1) Ebene: 3x1 + 4x2 + 6x3 + 7 = 0(2) Ebene: 2x1 + 3x2 + 4x3 + 2 = 0
(3) Ebene: 2x1 + 3x2 + 4x3 + 5 = 0
www.fersch.de 50
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Koordinatenform - Hessesche Normalenform Lösungen
9.2 LösungenAufgabe (1)
Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF3x1 + 4x2 + 6x3 + 7 = 0
n⃗ =
346
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
32 + 42 + 62
|⃗n| = 7, 81
HNF:3x1 + 4x2 + 6x3 + 7−7, 81
= 0
Aufgabe (2)
Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF2x1 + 3x2 + 4x3 + 2 = 0
n⃗ =
234
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
22 + 32 + 42
|⃗n| = 5, 39
HNF:2x1 + 3x2 + 4x3 + 2−5, 39
= 0
Aufgabe (3)
Koordinatenform in Hessesche Normalenform HNF2x1 + 3x2 + 4x3 + 5 = 0
n⃗ =
234
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
22 + 32 + 42
|⃗n| = 5, 39
HNF:2x1 + 3x2 + 4x3 + 5−5, 39
= 0
www.fersch.de 51
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Punkt - Gerade
10 Punkt - Gerade
g1g2
Punkt C1 liegt auf der Geraden g1 Abstand d des Punktes C2 von der Geraden g2
d
Ebene E
b
C1
b
L
bC2
x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
Punkt: C(c1/c2/c3)
c1 = a1 + b1λ1 ⇒ λ1
c1 = a2 + b2λ2 ⇒ λ2
c1 = a3 + b3λ3 ⇒ λ3
λ1 = λ2 = λ3 ⇒Punkt liegt auf der Geradennicht alle λ gleich ⇒
Punkt liegt nicht auf der Geraden
Lotfußpunkt und Abstand des Punktes berech-nen.Die Koordinatenform der Ebenengleichung aufstellen,die senkrecht zur Geraden ist und den Punkt C enthält.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor derEbene. Der Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischenGerade und Ebene.Abstand des Punktes, ist die Länge des Vektors L⃗C
x⃗ =
13−3
+ λ
−2−22
Punkt: C(7, 9,−6)
7 = 1 −2λ / − 19 = 3 −2λ / − 3−6 = −3 +2λ / + 36 = −2λ / : −2 ⇒ λ = −36 = −2λ / : −2 ⇒ λ = −3−3 = 2λ / : 2 ⇒ λ = −1 1
2
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktens berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.−2x1 − 2x2 + 2x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene−2 · 7 − 2 · 9 + 2 · 7 + k = 0k = 44−2x1 − 2x2 + 2x3 + 44 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 1 −2λx2 = 3 −2λx3 = −3 +2λ
−2(1 − 2λ)− 2(3 − 2λ) + 2(−3 + 2λ) + 44 = 012λ + 30 = 0λ = −30
12λ = −2 1
2
x⃗ =
13−3
− 2 12 ·
−2−22
Lotfußpunkt: L(6, 8,−8)
C⃗L =
12 − 730 − 9−2 1
2 + 6
=
−1−1−2
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √(−1)2 + (−1)2 + (−2)2
www.fersch.de 52
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Punkt - Gerade Aufgaben
10.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue Rechnung
Gegeben:⃗x =
a1a2a3
+ λ
b1b2b3
Punkt: C(c1/c2/c3)Gesucht:Liegt der Punkt auf der Geraden
(1) Gerade: x⃗ =
144
+ λ
275
Punkt: C(3/11/9)
(2) Gerade: x⃗ =
629
+ λ
367
Punkt: C(3/ − 4/2)
(3) Gerade: x⃗ =
133
+ λ
2104
Punkt: C(3/0/7)
(4) Gerade: x⃗ =
356
+ λ
407
Punkt: C(8/8/0)
(5) Gerade: x⃗ =
356
+ λ
−41−4
Punkt: C(5/7/2)
(6) Gerade: x⃗ =
356
+ λ
−41−4
Punkt: C(−5/7/ − 2)
(7) Gerade: x⃗ =
121
+ λ
043
Punkt: C(−3/ − 1/ − 1)
(8) Gerade: x⃗ =
333
+ λ
444
Punkt: C(5/5/0)
(9) Gerade: x⃗ =
570
+ λ
689
Punkt: C(9/9/0)
(10) Gerade: x⃗ =
467
+ λ
567
Punkt: C(8/8/6)
(11) Gerade: x⃗ =
11−3
+ λ
221
Punkt: C(3/3/2)
(12) Gerade: x⃗ =
11−3
+ λ
221
Punkt: C(3/3/ − 2)
(13) Gerade: x⃗ =
−4−41
+ λ
52−4
Punkt: C(6/0/ − 7)
(14) Gerade: x⃗ =
13−3
+ λ
−2−22
Punkt: C(7/9/ − 6)
(15) Gerade: x⃗ =
201
+ λ
−411
Punkt: C(0/5/6)
(16) Gerade: x⃗ =
201
+ λ
−411
Punkt: C(4/2/ − 4)
(17) Gerade: x⃗ =
02−2
+ λ
20−1
Punkt: C(5/1/ − 2)
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Punkt - Gerade Lösungen
10.2 LösungenAufgabe (1)
Punkt - Gerade
x⃗ =
144
+ λ
275
Punkt: C(3, 11, 9)
3 = 1 +2λ / − 111 = 4 +7λ / − 49 = 4 +5λ / − 42 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 17 = 7λ / : 7 ⇒ λ = 15 = 5λ / : 5 ⇒ λ = 1
⇒ Punkt liegt auf der Geraden
Aufgabe (2)
Punkt - Gerade
x⃗ =
629
+ λ
367
Punkt: C(3,−4, 2)
3 = 6 +3λ / − 6−4 = 2 +6λ / − 22 = 9 +7λ / − 9−3 = 3λ / : 3 ⇒ λ = −1−6 = 6λ / : 6 ⇒ λ = −1−7 = 7λ / : 7 ⇒ λ = −1
⇒ Punkt liegt auf der Geraden
Aufgabe (3)
Punkt - Gerade
x⃗ =
133
+ λ
2104
Punkt: C(3, 0, 7)3 = 1 +2λ / − 10 = 3 +10λ / − 37 = 3 +4λ / − 32 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 1−3 = 10λ / : 10 ⇒ λ = − 3
104 = 4λ / : 4 ⇒ λ = 1
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.2x1 + 10x2 + 4x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene
2 · 3 + 10 · 0 + 4 · 3 + k = 0k = −34Koordinatenform2x1 + 10x2 + 4x3 − 34 = 02x1 + 10x2 + 4x3 − 34 = 0
Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.x1 = 1 +2λx2 = 3 +10λx3 = 3 +4λ
2(1 + 2λ) + 10(3 + 10λ) + 4(3 + 4λ)− 34 = 0120λ + 10 = 0λ = −10
120λ = − 1
12
x⃗ =
133
− 112 ·
2104
Lotfußpunkt: L( 5
6 , 2 16 , 2 2
3 )
C⃗L =
120 − 310 − 0− 1
12 − 7
=
−2 16
2 16
−4 13
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √(−2 16
)2+ 2 1
62+(−4 1
3
)2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 5, 31
Aufgabe (4)
Punkt - Gerade
x⃗ =
356
+ λ
407
Punkt: C(8, 8, 0)8 = 3 +4λ / − 38 = 5 +0λ / − 50 = 6 +7λ / − 65 = 4λ / : 4 ⇒ λ = 1 1
43 = 0λ / : 0 ⇒ λ = +unendlich−6 = 7λ / : 7 ⇒ λ = − 6
7
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.4x1 + 0x2 + 7x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene
4 · 8 + 0 · 8 + 7 · 8 + k = 0k = −32Koordinatenform4x1 + 0x2 + 7x3 − 32 = 04x1 + 7x3 − 32 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 3 +4λx2 = 5 +0λx3 = 6 +7λ
4(3 + 4λ) + 0(5 + 0λ) + 7(6 + 7λ)− 32 = 065λ + 22 = 0λ = −22
65λ = − 22
65
x⃗ =
356
− 2265 ·
407
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Punkt - Gerade Lösungen
Lotfußpunkt: L(1 4265 , 5, 3 41
65 )
C⃗L =
65 − 822 − 8− 22
65 − 0
=
−6 2365
−33 41
65
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √(−6 2365)2
+ (−3)2 + 3 4165
2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 7, 91
Aufgabe (5)
Punkt - Gerade
x⃗ =
356
+ λ
−41−4
Punkt: C(5, 7, 2)5 = 3 −4λ / − 37 = 5 +1λ / − 52 = 6 −4λ / − 62 = −4λ / : −4 ⇒ λ = − 1
22 = 1λ / : 1 ⇒ λ = 2−4 = −4λ / : −4 ⇒ λ = 1
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.− 4x1 + 1x2 − 4x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene− 4 · 5 + 1 · 7 − 4 · 5 + k = 0k = 21Koordinatenform− 4x1 + 1x2 − 4x3 + 21 = 0− 4x1 + 1x2 − 4x3 + 21 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 3 −4λx2 = 5 +1λx3 = 6 −4λ− 4(3 − 4λ) + 1(5 + 1λ)− 4(6 − 4λ) + 21 = 033λ − 10 = 0λ = +10
33λ = 10
33
x⃗ =
356
+ 1033 ·
−41−4
Lotfußpunkt: L(1 26
33 , 5 1033 , 4 26
33 )
C⃗L =
33 − 5−10 − 7
1033 − 2
=
−3 733
−1 2333
2 2633
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √(−3 733)2
+(−1 23
33)2
+ 2 2633
2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 4, 58
Aufgabe (6)
Punkt - Gerade
x⃗ =
356
+ λ
−41−4
Punkt: C(−5, 7,−2)−5 = 3 −4λ / − 37 = 5 +1λ / − 5−2 = 6 −4λ / − 6−8 = −4λ / : −4 ⇒ λ = 22 = 1λ / : 1 ⇒ λ = 2−8 = −4λ / : −4 ⇒ λ = 2
⇒ Punkt liegt auf der Geraden
Aufgabe (7)
Punkt - Gerade
x⃗ =
121
+ λ
043
Punkt: C(−3,−1,−1)−3 = 1 +0λ / − 1−1 = 2 +4λ / − 2−1 = 1 +3λ / − 1−4 = 0λ / : 0 ⇒ λ = −unendlich−3 = 4λ / : 4 ⇒ λ = − 3
4−2 = 3λ / : 3 ⇒ λ = − 2
3
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.0x1 + 4x2 + 3x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene
0 · −3 + 4 · −1 + 3 · −3 + k = 0k = 7Koordinatenform0x1 + 4x2 + 3x3 + 7 = 0+ 4x2 + 3x3 + 7 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 1 +0λx2 = 2 +4λx3 = 1 +3λ
0(1 + 0λ) + 4(2 + 4λ) + 3(1 + 3λ) + 7 = 025λ + 18 = 0λ = −18
25λ = − 18
25
x⃗ =
121
− 1825 ·
043
Lotfußpunkt: L(1,− 22
25 ,−1 425 )
C⃗L =
25 + 318 + 1− 18
25 + 1
=
4325
− 425
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √42 + 325
2+(− 4
25
)2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 4
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Punkt - Gerade Lösungen
Aufgabe (8)
Punkt - Gerade
x⃗ =
333
+ λ
444
Punkt: C(5, 5, 0)5 = 3 +4λ / − 35 = 3 +4λ / − 30 = 3 +4λ / − 32 = 4λ / : 4 ⇒ λ = 1
22 = 4λ / : 4 ⇒ λ = 1
2−3 = 4λ / : 4 ⇒ λ = − 3
4
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.4x1 + 4x2 + 4x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene
4 · 5 + 4 · 5 + 4 · 5 + k = 0k = −40Koordinatenform4x1 + 4x2 + 4x3 − 40 = 04x1 + 4x2 + 4x3 − 40 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 3 +4λx2 = 3 +4λx3 = 3 +4λ
4(3 + 4λ) + 4(3 + 4λ) + 4(3 + 4λ)− 40 = 048λ − 4 = 0λ = +4
48λ = 1
12
x⃗ =
333
+ 112 ·
444
Lotfußpunkt: L(3 1
3 , 3 13 , 3 1
3 )
C⃗L =
48 − 5−4 − 5
112 − 0
=
−1 23
−1 23
3 13
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √(−1 23)2
+(−1 2
3)2
+ 3 13
2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 4, 08
Aufgabe (9)
Punkt - Gerade
x⃗ =
570
+ λ
689
Punkt: C(9, 9, 0)9 = 5 +6λ / − 59 = 7 +8λ / − 70 = 0 +9λ / − 0
4 = 6λ / : 6 ⇒ λ = 23
2 = 8λ / : 8 ⇒ λ = 14
0 = 9λ / : 9 ⇒ λ = 0
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.6x1 + 8x2 + 9x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene
6 · 9 + 8 · 9 + 9 · 9 + k = 0k = −126Koordinatenform6x1 + 8x2 + 9x3 − 126 = 06x1 + 8x2 + 9x3 − 126 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 5 +6λx2 = 7 +8λx3 = 0 +9λ
6(5 + 6λ) + 8(7 + 8λ) + 9(0 + 9λ)− 126 = 0181λ − 40 = 0λ = +40
181λ = 0, 221
x⃗ =
570
+ 0, 221 ·
689
Lotfußpunkt: L(6, 33, 8, 77, 1, 99)
C⃗L =
181 − 9−40 − 9
0, 221 − 0
=
−2, 67−0, 232
1, 99
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √(−2, 67)2 + (−0, 232)2 + 1, 992∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 3, 34
Aufgabe (10)
Punkt - Gerade
x⃗ =
467
+ λ
567
Punkt: C(8, 8, 6)8 = 4 +5λ / − 48 = 6 +6λ / − 66 = 7 +7λ / − 74 = 5λ / : 5 ⇒ λ = 4
52 = 6λ / : 6 ⇒ λ = 1
3−1 = 7λ / : 7 ⇒ λ = − 1
7
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.5x1 + 6x2 + 7x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene
5 · 8 + 6 · 8 + 7 · 8 + k = 0k = −130Koordinatenform5x1 + 6x2 + 7x3 − 130 = 05x1 + 6x2 + 7x3 − 130 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
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Punkt - Gerade Lösungen
x1 = 4 +5λx2 = 6 +6λx3 = 7 +7λ
5(4 + 5λ) + 6(6 + 6λ) + 7(7 + 7λ)− 130 = 0110λ − 25 = 0λ = +25
110λ = 5
22
x⃗ =
467
+ 522 ·
567
Lotfußpunkt: L(5 3
22 , 7 411 , 8 13
22 )
C⃗L =
110 − 8−25 − 8
522 − 6
=
−2 1922
− 711
2 1322
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √(−2 1922
)2+(− 7
11)2
+ 2 1322
2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 3, 91
Aufgabe (11)
Punkt - Gerade
x⃗ =
11−3
+ λ
221
Punkt: C(3, 3, 2)3 = 1 +2λ / − 13 = 1 +2λ / − 12 = −3 +1λ / + 32 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 12 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 15 = 1λ / : 1 ⇒ λ = 5
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.2x1 + 2x2 + 1x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene
2 · 3 + 2 · 3 + 1 · 3 + k = 0k = −14Koordinatenform2x1 + 2x2 + 1x3 − 14 = 02x1 + 2x2 + 1x3 − 14 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 1 +2λx2 = 1 +2λx3 = −3 +1λ
2(1 + 2λ) + 2(1 + 2λ) + 1(−3 + 1λ)− 14 = 09λ − 13 = 0λ = +13
9λ = 1 4
9
x⃗ =
11−3
+ 1 49 ·
221
Lotfußpunkt: L(3 8
9 , 3 89 ,−1 5
9 )
C⃗L =
9 − 3−13 − 31 4
9 − 2
=
8989
−3 59
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √ 89
2+ 8
92+(−3 5
9)2∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = 3, 77
Aufgabe (12)
Punkt - Gerade
x⃗ =
11−3
+ λ
221
Punkt: C(3, 3,−2)
3 = 1 +2λ / − 13 = 1 +2λ / − 1−2 = −3 +1λ / + 32 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 12 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 11 = 1λ / : 1 ⇒ λ = 1
⇒ Punkt liegt auf der Geraden
Aufgabe (13)
Punkt - Gerade
x⃗ =
−4−41
+ λ
52−4
Punkt: C(6, 0,−7)
6 = −4 +5λ / + 40 = −4 +2λ / + 4−7 = 1 −4λ / − 110 = 5λ / : 5 ⇒ λ = 24 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 2−8 = −4λ / : −4 ⇒ λ = 2
⇒ Punkt liegt auf der Geraden
Aufgabe (14)
Punkt - Gerade
x⃗ =
13−3
+ λ
−2−22
Punkt: C(7, 9,−6)
7 = 1 −2λ / − 19 = 3 −2λ / − 3−6 = −3 +2λ / + 36 = −2λ / : −2 ⇒ λ = −36 = −2λ / : −2 ⇒ λ = −3−3 = 2λ / : 2 ⇒ λ = −1 1
2
⇒ Punkt liegt nicht auf der Geraden
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Punkt - Gerade Lösungen
Lotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.− 2x1 − 2x2 + 2x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene− 2 · 7 − 2 · 9 + 2 · 7 + k = 0k = 44Koordinatenform− 2x1 − 2x2 + 2x3 + 44 = 0− 2x1 − 2x2 + 2x3 + 44 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 1 −2λx2 = 3 −2λx3 = −3 +2λ− 2(1 − 2λ)− 2(3 − 2λ) + 2(−3 + 2λ) + 44 = 012λ + 30 = 0λ = −30
12λ = −2 1
2
x⃗ =
13−3
− 2 12 ·
−2−22
Lotfußpunkt: L(6, 8,−8)
C⃗L =
12 − 730 − 9−2 1
2 + 6
=
−1−1−2
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √(−1)2 + (−1)2 + (−2)2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 2, 45
Aufgabe (15)
Punkt - Gerade
x⃗ =
201
+ λ
−411
Punkt: C(0, 5, 6)0 = 2 −4λ / − 25 = 0 +1λ / − 06 = 1 +1λ / − 1−2 = −4λ / : −4 ⇒ λ = 1
25 = 1λ / : 1 ⇒ λ = 55 = 1λ / : 1 ⇒ λ = 5
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.− 4x1 + 1x2 + 1x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene− 4 · 0 + 1 · 5 + 1 · 0 + k = 0k = −11Koordinatenform− 4x1 + 1x2 + 1x3 − 11 = 0− 4x1 + 1x2 + 1x3 − 11 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 2 −4λx2 = 0 +1λx3 = 1 +1λ− 4(2 − 4λ) + 1(0 + 1λ) + 1(1 + 1λ)− 11 = 0
18λ − 18 = 0λ = +18
18λ = 1
x⃗ =
201
+ 1 ·
−411
Lotfußpunkt: L(−2, 1, 2)
C⃗L =
18 − 0−18 − 5
1 − 6
=
−2−4−4
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √(−2)2 + (−4)2 + (−4)2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 6
Aufgabe (16)
Punkt - Gerade
x⃗ =
201
+ λ
−411
Punkt: C(4, 2,−4)
4 = 2 −4λ / − 22 = 0 +1λ / − 0−4 = 1 +1λ / − 12 = −4λ / : −4 ⇒ λ = − 1
22 = 1λ / : 1 ⇒ λ = 2−5 = 1λ / : 1 ⇒ λ = −5
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.− 4x1 + 1x2 + 1x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene− 4 · 4 + 1 · 2 + 1 · 4 + k = 0k = 18Koordinatenform− 4x1 + 1x2 + 1x3 + 18 = 0− 4x1 + 1x2 + 1x3 + 18 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 2 −4λx2 = 0 +1λx3 = 1 +1λ− 4(2 − 4λ) + 1(0 + 1λ) + 1(1 + 1λ) + 18 = 018λ + 11 = 0λ = −11
18λ = − 11
18
x⃗ =
201
− 1118 ·
−411
Lotfußpunkt: L(4 4
9 ,− 1118 , 7
18 )
C⃗L =
18 − 411 − 2− 11
18 + 4
=
49
−2 1118
4 718
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √ 49
2+(−2 11
18
)2+ 4 7
182∣∣∣A⃗B
∣∣∣ = 5, 13
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Punkt - Gerade Lösungen
Aufgabe (17)
Punkt - Gerade
x⃗ =
02−2
+ λ
20−1
Punkt: C(5, 1,−2)
5 = 0 +2λ / − 01 = 2 +0λ / − 2−2 = −2 −1λ / + 25 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 2 1
2−1 = 0λ / : 0 ⇒ λ = −unendlich0 = −1λ / : −1 ⇒ λ = 0
⇒ Punkt liegt nicht auf der GeradenLotfußpunkt und Abstand des Punktes berechnen.Richtungsvektor der Geraden = Normalenvektor der Ebene.2x1 + 0x2 − 1x3 + k = 0C ist Punkt in der Ebene
2 · 5 + 0 · 1 − 1 · 5 + k = 0k = −12
Koordinatenform2x1 + 0x2 − 1x3 − 12 = 02x1 − 1x3 − 12 = 0Lotfußpunkt ist der Schnittpunkt zwischen Gerade und Ebene.
x1 = 0 +2λx2 = 2 +0λx3 = −2 −1λ
2(0 + 2λ) + 0(2 + 0λ)− 1(−2 − 1λ)− 12 = 05λ − 10 = 0λ = +10
5λ = 2
x⃗ =
02−2
+ 2 ·
20−1
Lotfußpunkt: L(4, 2,−4)
C⃗L =
5 − 5−10 − 1
2 + 2
=
−11−2
Abstand Punkt Gerade∣∣∣C⃗L
∣∣∣ = √(−1)2 + 12 + (−2)2∣∣∣A⃗B∣∣∣ = 2, 45
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Gerade - Gerade
11 Gerade - Gerade
g1
g1
S
g1
g1g2g2
g2g2
Geraden schneiden sich Geraden sind parallel Geraden sind windschief Geraden sind identisch
Gerade 1: x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
Gerade 2: x⃗ =
c1
c2
c3
+ σ
d1
d2
d3
Richtungsvektoren linear abhängig (parallel) ?
Aufpunkt von g1 auf g2?
Ja
b
identisch
Ja
b
echt paralllel
Nein
Geraden gleichsetzen
Nein
b
windschief
keine Lösung
b
schneiden sich
Lösung
Gerade 1: x⃗ =
1−28
+ λ
4−7−8
Gerade 2: x⃗ =
9−53
+ σ
−4−4−3
Richtungsvektoren: 4
−7−8
= k ·
−4−4−3
4 = −4k / : −4 ⇒ k = −1−7 = −4k / : −4 ⇒ k = 1 3
4−8 = −3k / : −3 ⇒ k = 2 2
3
⇒ Geraden sind nicht parallel 1−28
+ λ
4−7−8
=
9−53
+ σ
−4−4−3
1 +4λ = 9 −4σ / − 1 / + 4σ−2 −7λ = −5 −4σ / + 2 / + 4σ8 −8λ = 3 −3σ / − 8 / + 3σ
I 4λ + 4σ = 8I I − 7λ + 4σ = −3I I I − 8λ − 3σ = −5
Aus den Gleichungen I und II λ und σ berechnenσ = 1λ = 1λ und σ in die verbleibende Gleichung einsetzenI I I 8 + 1 · (−8) = 3 + 1 · (−3)0 = 0λ oder σ in die Geradengleichung einsetzen
x⃗ =
1−28
+ 1 ·
4−7−8
Schnittpunkt: S(5,−9, 0)
11.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue Rechnung
Gegeben:Gerade 1: x⃗ =
a1a2a3
+ λ
b1b2b3
www.fersch.de 60
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Gerade - Gerade Aufgaben
Gerade 2: x⃗ =
c1c2c3
+ σ
d1d2d3
Gesucht:Die Lage der Geraden zueinander.
(1)
Gerade 1: x⃗ =
4−12
+ λ
3−42
Gerade 2: x⃗ =
1−12
+ σ
3−42
(2)
Gerade 1: x⃗ =
1−12
+ λ
3−42
Gerade 2: x⃗ =
1−12
+ σ
3−42
(3)
Gerade 1: x⃗ =
5−13
+ λ
3−42
Gerade 2: x⃗ =
1−12
+ σ
3−42
(4)
Gerade 1: x⃗ =
842
+ λ
137
Gerade 2: x⃗ =
778
+ σ
514
(5)
Gerade 1: x⃗ =
111
+ λ
23−5
Gerade 2: x⃗ =
111
+ σ
443
(6)
Gerade 1: x⃗ =
1−28
+ λ
4−7−8
Gerade 2: x⃗ =
9−53
+ σ
−4−4−3
(7)
Gerade 1: x⃗ =
−315
+ λ
12−3
Gerade 2: x⃗ =
15−3
+ σ
54−1
(8)
Gerade 1: x⃗ =
127
+ λ
268
Gerade 2: x⃗ =
978
+ σ
533
(9)
Gerade 1: x⃗ =
842
+ λ
137
Gerade 2: x⃗ =
778
+ σ
514
(10)
Gerade 1: x⃗ =
157
+ λ
266
Gerade 2: x⃗ =
375
+ σ
484
(11)
Gerade 1: x⃗ =
1−12
+ λ
3−42
Gerade 2: x⃗ =
1−12
+ σ
3−71
(12)
Gerade 1: x⃗ =
103
+ λ
2−31
Gerade 2: x⃗ =
4−4−2
+ σ
−462
(13)
Gerade 1: x⃗ =
103
+ λ
2−31
Gerade 2: x⃗ =
4−4−2
+ σ
−46−2
(14)
Gerade 1: x⃗ =
130
+ λ
20−1
Gerade 2: x⃗ =
345
+ σ
40−2
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Gerade - Gerade Lösungen
11.2 LösungenAufgabe (1)
Gerade 1: x⃗ =
4−12
+ λ
3−42
Gerade 2: x⃗ =
1−12
+ σ
3−42
Richtungsvektoren: 3
−42
= k ·
3−42
3 = +3k / : 3 ⇒ k = 1−4 = −4k / : −4 ⇒ k = 12 = +2k / : 2 ⇒ k = 1
⇒ Geraden sind parallelAufpunkt von Gerade 2 in Gerade 1
x⃗ =
4−12
+ λ
3−42
Punkt: A(1/ − 1/2)
1 = 4 +3λ / − 4−1 = −1 −4λ / + 12 = 2 +2λ / − 2−3 = 3λ / : 3 ⇒ λ = −10 = −4λ / : −4 ⇒ λ = 00 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 0
⇒Geraden sind echt parallel
Aufgabe (2)
Gerade 1: x⃗ =
1−12
+ λ
3−42
Gerade 2: x⃗ =
1−12
+ σ
3−42
Richtungsvektoren: 3
−42
= k ·
3−42
3 = +3k / : 3 ⇒ k = 1−4 = −4k / : −4 ⇒ k = 12 = +2k / : 2 ⇒ k = 1
⇒ Geraden sind parallelAufpunkt von Gerade 2 in Gerade 1
x⃗ =
1−12
+ λ
3−42
Punkt: A(1/ − 1/2)
1 = 1 +3λ / − 1−1 = −1 −4λ / + 12 = 2 +2λ / − 2
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Gerade - Gerade Lösungen
0 = 3λ / : 3 ⇒ λ = 00 = −4λ / : −4 ⇒ λ = 00 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 0
⇒Geraden sind identisch
Aufgabe (3)
Gerade 1: x⃗ =
5−13
+ λ
3−42
Gerade 2: x⃗ =
1−12
+ σ
3−42
Richtungsvektoren: 3
−42
= k ·
3−42
3 = +3k / : 3 ⇒ k = 1−4 = −4k / : −4 ⇒ k = 12 = +2k / : 2 ⇒ k = 1
⇒ Geraden sind parallelAufpunkt von Gerade 2 in Gerade 1
x⃗ =
5−13
+ λ
3−42
Punkt: A(1/ − 1/2)
1 = 5 +3λ / − 5−1 = −1 −4λ / + 12 = 3 +2λ / − 3−4 = 3λ / : 3 ⇒ λ = −1 1
30 = −4λ / : −4 ⇒ λ = 0−1 = 2λ / : 2 ⇒ λ = − 1
2
⇒Geraden sind echt parallel
Aufgabe (4)
Gerade 1: x⃗ =
842
+ λ
137
Gerade 2: x⃗ =
778
+ σ
514
Richtungsvektoren: 1
37
= k ·
514
1 = +5k / : 5 ⇒ k = 1
53 = +1k / : 1 ⇒ k = 37 = +4k / : 4 ⇒ k = 1 3
4
⇒ Geraden sind nicht parallel
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Gerade - Gerade Lösungen
842
+ λ
137
=
778
+ σ
514
8 +1λ = 7 +5σ / − 8 / − 5σ4 +3λ = 7 +1σ / − 4 / − 1σ2 +7λ = 8 +4σ / − 2 / − 4σ
I 1λ − 5σ = −1I I 3λ − 1σ = 3I I I 7λ + 4σ = 6
Aus 2 Gleichungen λ und σ berechnenI 1λ − 5σ = −1 / · 3I I 3λ − 1σ = 3 / · (−1)I 3λ − 15σ = −3I I − 3λ + 1σ = −3I + III 3λ − 3λ − 15σ + 1σ = −3 − 3− 14σ = −6 / : (−14)σ = −6
−14σ = 3
7σ in II 3λ − 15 · 3
7 = −33λ − 6 3
7 = −3 / + 6 37
3λ = −3 + 6 37
3λ = 3 37 / : 3
λ =3 3
73
λ = 1 17
λ und σ in die verbleibende Gleichung einsetzenI I I 2 + 1 1
7 · 7 = 8 + 37 · 4
10 = 9 57
Geraden sind windschief
Aufgabe (5)
Gerade 1: x⃗ =
111
+ λ
23−5
Gerade 2: x⃗ =
111
+ σ
443
Richtungsvektoren: 2
3−5
= k ·
443
2 = +4k / : 4 ⇒ k = 1
23 = +4k / : 4 ⇒ k = 3
4−5 = +3k / : 3 ⇒ k = −1 2
3
⇒ Geraden sind nicht parallel 111
+ λ
23−5
=
111
+ σ
443
1 +2λ = 1 +4σ / − 1 / − 4σ1 +3λ = 1 +4σ / − 1 / − 4σ1 −5λ = 1 +3σ / − 1 / − 3σ
I 2λ − 4σ = 0
www.fersch.de 64
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Gerade - Gerade Lösungen
I I 3λ − 4σ = 0I I I − 5λ + 3σ = 0
Aus 2 Gleichungen λ und σ berechnenI 2λ − 4σ = 0 / · 3I I 3λ − 4σ = 0 / · (−2)I 6λ − 12σ = 0I I − 6λ + 8σ = 0I + III 6λ − 6λ − 12σ + 8σ = 0 + 0− 4σ = 0 / : (−4)σ = 0
−4σ = 0σ in II 6λ − 12 · 0 = 06λ + 0 = 0 / − 06λ = 0 − 06λ = 0 / : 6λ = 0
6λ = 0λ und σ in die verbleibende Gleichung einsetzenI I I 1 + 0 · (−5) = 1 + 0 · 31 = 1λ oder σ in die Geradengleichung einsetzen
x⃗ =
111
+ 0 ·
23−5
Schnittpunkt: S(1, 1, 1)
Aufgabe (6)
Gerade 1: x⃗ =
1−28
+ λ
4−7−8
Gerade 2: x⃗ =
9−53
+ σ
−4−4−3
Richtungsvektoren: 4
−7−8
= k ·
−4−4−3
4 = −4k / : −4 ⇒ k = −1−7 = −4k / : −4 ⇒ k = 1 3
4−8 = −3k / : −3 ⇒ k = 2 2
3
⇒ Geraden sind nicht parallel 1−28
+ λ
4−7−8
=
9−53
+ σ
−4−4−3
1 +4λ = 9 −4σ / − 1 / + 4σ−2 −7λ = −5 −4σ / + 2 / + 4σ8 −8λ = 3 −3σ / − 8 / + 3σ
I 4λ + 4σ = 8I I − 7λ + 4σ = −3I I I − 8λ − 3σ = −5
www.fersch.de 65
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Gerade - Gerade Lösungen
Aus 2 Gleichungen λ und σ berechnenI 4λ + 4σ = 8 / · (−7)I I − 7λ + 4σ = −3 / · (−4)I − 28λ − 28σ = −56I I 28λ − 16σ = 12I + III − 28λ + 28λ − 28σ − 16σ = −56 + 12− 44σ = −44 / : (−44)σ = −44
−44σ = 1σ in II − 28λ − 28 · 1 = −56− 28λ − 28 = −56 / + 28− 28λ = −56 + 28− 28λ = −28 / : (−28)λ = −28
−28λ = 1λ und σ in die verbleibende Gleichung einsetzenI I I 8 + 1 · (−8) = 3 + 1 · (−3)0 = 0λ oder σ in die Geradengleichung einsetzen
x⃗ =
1−28
+ 1 ·
4−7−8
Schnittpunkt: S(5,−9, 0)
Aufgabe (7)
Gerade 1: x⃗ =
−315
+ λ
12−3
Gerade 2: x⃗ =
15−3
+ σ
54−1
Richtungsvektoren: 1
2−3
= k ·
54−1
1 = +5k / : 5 ⇒ k = 1
52 = +4k / : 4 ⇒ k = 1
2−3 = −1k / : −1 ⇒ k = 3
⇒ Geraden sind nicht parallel −315
+ λ
12−3
=
15−3
+ σ
54−1
−3 +1λ = 1 +5σ / + 3 / − 5σ1 +2λ = 5 +4σ / − 1 / − 4σ5 −3λ = −3 −1σ / − 5 / + 1σ
I 1λ − 5σ = 4I I 2λ − 4σ = 4I I I − 3λ − 1σ = −8
Aus 2 Gleichungen λ und σ berechnenI 1λ − 5σ = 4 / · 2I I 2λ − 4σ = 4 / · (−1)
www.fersch.de 66
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Gerade - Gerade Lösungen
I 2λ − 10σ = 8I I − 2λ + 4σ = −4I + III 2λ − 2λ − 10σ + 4σ = 8 − 4− 6σ = 4 / : (−6)σ = 4
−6σ = − 2
3σ in II 2λ − 10 ·
(− 2
3)= 8
2λ + 6 23 = 8 / − 6 2
32λ = 8 − 6 2
32λ = 1 1
3 / : 2
λ =1 1
32
λ = 23
λ und σ in die verbleibende Gleichung einsetzenI I I 5 + 2
3 · (−3) = −3 − 23 · (−1)
3 = −2 13
Geraden sind windschief
Aufgabe (8)
Gerade 1: x⃗ =
127
+ λ
268
Gerade 2: x⃗ =
978
+ σ
533
Richtungsvektoren: 2
68
= k ·
533
2 = +5k / : 5 ⇒ k = 2
56 = +3k / : 3 ⇒ k = 28 = +3k / : 3 ⇒ k = 2 2
3
⇒ Geraden sind nicht parallel 127
+ λ
268
=
978
+ σ
533
1 +2λ = 9 +5σ / − 1 / − 5σ2 +6λ = 7 +3σ / − 2 / − 3σ7 +8λ = 8 +3σ / − 7 / − 3σ
I 2λ − 5σ = 8I I 6λ − 3σ = 5I I I 8λ + 3σ = 1
Aus 2 Gleichungen λ und σ berechnenI 2λ − 5σ = 8 / · 3I I 6λ − 3σ = 5 / · (−1)I 6λ − 15σ = 24I I − 6λ + 3σ = −5I + III 6λ − 6λ − 15σ + 3σ = 24 − 5− 12σ = 19 / : (−12)σ = 19
−12σ = −1 7
12
www.fersch.de 67
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Gerade - Gerade Lösungen
σ in II 6λ − 15 ·
(−1 7
12)= 24
6λ + 23 34 = 24 / − 23 3
46λ = 24 − 23 3
46λ = 1
4 / : 6
λ =146
λ = 124
λ und σ in die verbleibende Gleichung einsetzenI I I 7 + 1
24 · 8 = 8 − 1 712 · 3
7 13 = 3 1
4Geraden sind windschief
Aufgabe (9)
Gerade 1: x⃗ =
842
+ λ
137
Gerade 2: x⃗ =
778
+ σ
514
Richtungsvektoren: 1
37
= k ·
514
1 = +5k / : 5 ⇒ k = 1
53 = +1k / : 1 ⇒ k = 37 = +4k / : 4 ⇒ k = 1 3
4
⇒ Geraden sind nicht parallel 842
+ λ
137
=
778
+ σ
514
8 +1λ = 7 +5σ / − 8 / − 5σ4 +3λ = 7 +1σ / − 4 / − 1σ2 +7λ = 8 +4σ / − 2 / − 4σ
I 1λ − 5σ = −1I I 3λ − 1σ = 3I I I 7λ + 4σ = 6
Aus 2 Gleichungen λ und σ berechnenI 1λ − 5σ = −1 / · 3I I 3λ − 1σ = 3 / · (−1)I 3λ − 15σ = −3I I − 3λ + 1σ = −3I + III 3λ − 3λ − 15σ + 1σ = −3 − 3− 14σ = −6 / : (−14)σ = −6
−14σ = 3
7σ in II 3λ − 15 · 3
7 = −33λ − 6 3
7 = −3 / + 6 37
3λ = −3 + 6 37
3λ = 3 37 / : 3
λ =3 3
73
λ = 1 17
www.fersch.de 68
![Page 69: Analytische Geometrie - Aufgaben und Lösungen · PDF fileAnalytische Geometrie Aufgaben und Lösungen ©Klemens Fersch 15. Januar 2014 Inhaltsverzeichnis 1 2 Punkte:Vektor - Abstand](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012316/5a79f6db7f8b9ab83f8cf9c3/html5/thumbnails/69.jpg)
Gerade - Gerade Lösungen
λ und σ in die verbleibende Gleichung einsetzenI I I 2 + 1 1
7 · 7 = 8 + 37 · 4
10 = 9 57
Geraden sind windschief
Aufgabe (10)
Gerade 1: x⃗ =
157
+ λ
266
Gerade 2: x⃗ =
375
+ σ
484
Richtungsvektoren: 2
66
= k ·
484
2 = +4k / : 4 ⇒ k = 1
26 = +8k / : 8 ⇒ k = 3
46 = +4k / : 4 ⇒ k = 1 1
2
⇒ Geraden sind nicht parallel 157
+ λ
266
=
375
+ σ
484
1 +2λ = 3 +4σ / − 1 / − 4σ5 +6λ = 7 +8σ / − 5 / − 8σ7 +6λ = 5 +4σ / − 7 / − 4σ
I 2λ − 4σ = 2I I 6λ − 8σ = 2I I I 6λ + 4σ = −2
Aus 2 Gleichungen λ und σ berechnenI 2λ − 4σ = 2 / · 3I I 6λ − 8σ = 2 / · (−1)I 6λ − 12σ = 6I I − 6λ + 8σ = −2I + III 6λ − 6λ − 12σ + 8σ = 6 − 2− 4σ = 4 / : (−4)σ = 4
−4σ = −1σ in II 6λ − 12 · (−1) = 66λ + 12 = 6 / − 126λ = 6 − 126λ = −6 / : 6λ = −6
6λ = −1λ und σ in die verbleibende Gleichung einsetzenI I I 7 − 1 · 6 = 5 − 1 · 41 = 1λ oder σ in die Geradengleichung einsetzen
x⃗ =
157
− 1 ·
266
Schnittpunkt: S(−1,−1, 1)
www.fersch.de 69
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Gerade - Gerade Lösungen
Aufgabe (11)
Gerade 1: x⃗ =
1−12
+ λ
3−42
Gerade 2: x⃗ =
1−12
+ σ
3−71
Richtungsvektoren: 3
−42
= k ·
3−71
3 = +3k / : 3 ⇒ k = 1−4 = −7k / : −7 ⇒ k = 4
72 = +1k / : 1 ⇒ k = 2
⇒ Geraden sind nicht parallel 1−12
+ λ
3−42
=
1−12
+ σ
3−71
1 +3λ = 1 +3σ / − 1 / − 3σ−1 −4λ = −1 −7σ / + 1 / + 7σ2 +2λ = 2 +1σ / − 2 / − 1σ
I 3λ − 3σ = 0I I − 4λ + 7σ = 0I I I 2λ + 1σ = 0
Aus 2 Gleichungen λ und σ berechnenI 3λ − 3σ = 0 / · (−4)I I − 4λ + 7σ = 0 / · (−3)I − 12λ + 12σ = 0I I 12λ − 21σ = 0I + III − 12λ + 12λ + 12σ − 21σ = 0 + 0− 9σ = 0 / : (−9)σ = 0
−9σ = 0σ in II − 12λ + 12 · 0 = 0− 12λ + 0 = 0 / − 0− 12λ = 0 − 0− 12λ = 0 / : (−12)λ = 0
−12λ = 0λ und σ in die verbleibende Gleichung einsetzenI I I 2 + 0 · 2 = 2 + 0 · 12 = 2λ oder σ in die Geradengleichung einsetzen
x⃗ =
1−12
+ 0 ·
3−42
Schnittpunkt: S(1,−1, 2)
www.fersch.de 70
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Gerade - Gerade Lösungen
Aufgabe (12)
Gerade 1: x⃗ =
103
+ λ
2−31
Gerade 2: x⃗ =
4−4−2
+ σ
−462
Richtungsvektoren: 2
−31
= k ·
−462
2 = −4k / : −4 ⇒ k = − 1
2−3 = +6k / : 6 ⇒ k = − 1
21 = +2k / : 2 ⇒ k = 1
2
⇒ Geraden sind nicht parallel 103
+ λ
2−31
=
4−4−2
+ σ
−462
1 +2λ = 4 −4σ / − 1 / + 4σ0 −3λ = −4 +6σ / − 0 / − 6σ3 +1λ = −2 +2σ / − 3 / − 2σ
I 2λ + 4σ = 3I I − 3λ − 6σ = −4I I I 1λ + 2σ = −5
Aus 2 Gleichungen λ und σ berechnenI 2λ + 4σ = 3 / · (−3)I I − 3λ − 6σ = −4 / · (−2)I − 6λ − 12σ = −9I I 6λ + 12σ = 8I + III − 6λ + 6λ − 12σ + 12σ = −9 + 80σ = −1 / : 0σ = −1
0σ = −unendlichσ in II − 6λ − 12 · (−unendlich) = −9− 6λ ++unendlich = −9 / −+unendlich− 6λ = −9 −+unendlich− 6λ = −unendlich / : (−6)λ = −unendlich
−6λ = +unendlichλ und σ in die verbleibende Gleichung einsetzenI I I 3 ++unendlich · 1 = −2 −+unendlich · 2+ unendlich = −unendlichGeraden sind windschief
Aufgabe (13)
Gerade 1: x⃗ =
103
+ λ
2−31
Gerade 2: x⃗ =
4−4−2
+ σ
−46−2
www.fersch.de 71
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Gerade - Gerade Lösungen
Richtungsvektoren: 2−31
= k ·
−46−2
2 = −4k / : −4 ⇒ k = − 1
2−3 = +6k / : 6 ⇒ k = − 1
21 = −2k / : −2 ⇒ k = − 1
2
⇒ Geraden sind parallelAufpunkt von Gerade 2 in Gerade 1
x⃗ =
103
+ λ
2−31
Punkt: A(4/ − 4/ − 2)
4 = 1 +2λ / − 1−4 = 0 −3λ / − 0−2 = 3 +1λ / − 33 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 1 1
2−4 = −3λ / : −3 ⇒ λ = 1 1
3−5 = 1λ / : 1 ⇒ λ = −5
⇒Geraden sind echt parallel
Aufgabe (14)
Gerade 1: x⃗ =
130
+ λ
20−1
Gerade 2: x⃗ =
345
+ σ
40−2
Richtungsvektoren: 2
0−1
= k ·
40−2
2 = +4k / : 4 ⇒ k = 1
20 = +0k / : 0 ⇒ k = NaN−1 = −2k / : −2 ⇒ k = 1
2
⇒ Geraden sind parallelAufpunkt von Gerade 2 in Gerade 1
x⃗ =
130
+ λ
20−1
Punkt: A(3/4/5)3 = 1 +2λ / − 14 = 3 +0λ / − 35 = 0 −1λ / − 02 = 2λ / : 2 ⇒ λ = 11 = 0λ / : 0 ⇒ λ = +unendlich5 = −1λ / : −1 ⇒ λ = −5
⇒Geraden sind echt parallel
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Punkt - Ebene (Koordinatenform)
12 Punkt - Ebene (Koordinatenform)
b P
Punkt liegt in der Ebene
b P
b L
d
Punkt liegt nicht in der Ebene
Punkt: A(a1/a2/a3)
Ebene: n1x1 + n2x2 + n3x3 + c1 = 0n1 · a1 + n2 · a2 + n3 · a3 + c1 = 0• Liegt der Punkt in der Ebene?Punkt in die Ebene einsetzen.Gleichung nach Umformung: 0 = 0 ⇒ Punkt liegt inder Ebene• Abstand Punkt - EbenePunkt in die HNF einsetzen.
Punkt: A(1/2/0)Ebene: − 1x1 − 3x2 + 1x3 + 7 = 0−1 · 1 − 3 · 2 + 1 · 0 + 7 = 00 = 0Punkt liegt in der Ebene
Punkt: A(2/ − 4/3)Ebene: − 1x1 − 3x2 + 1x3 + 7 = 0−1 · 2 − 3 · (−4) + 1 · 3 + 7 = 020 = 0Punkt liegt nicht in der EbeneAbstand des Punktes von der EbeneKoordinatenform in Hessesche Normalenform HNF−1x1 − 3x2 + 1x3 + 7 = 0
n⃗ =
−1−31
Länge des Normalenvektors:|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−1)2 + (−3)2 + 12
|⃗n| = 3, 32HNF:−1x1−3x2+1x3+7
−3,32 = 0Punkt in HNF:
d = |−1 · 2 − 3 · (−4) + 1 · 3 + 7−3, 32
|d = | − 6, 03|d = 6, 03
12.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:Punkt: A(a1/a2/a3)Ebene: n1x1 + n2x2 + n3x3 + c1 = 0
Gesucht:Lagebeziehung Punkt - Ebene
(1) Punkt: A(1/1/ − 2)Ebene: 7x1 + 3x2 + 6x3 + 2 = 0
(2) Punkt: A(2/ − 2/1)Ebene: 6x1 + 3x2 + 5x3 + 1 = 0
(3) Punkt: A(2/4/6)Ebene: 7x1 + 8x2 + 9x3 − 7 = 0
(4) Punkt: A(1/2/0)Ebene: − 1x1 − 3x2 + 1x3 − 6 = 0
(5) Punkt: A(4/5/4)Ebene: 6x1 + 7x2 + 6x3 + 5 = 0
(6) Punkt: A(3/ − 2/2)Ebene: 1x1 − 1x2 + 2x3 + 1 = 0
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Punkt - Ebene (Koordinatenform) Aufgaben
(7) Punkt: A(1/3/ − 1)Ebene: 3x1 + 2x2 + 3x3 + 1 = 0
(8) Punkt: A(4/5/6)Ebene: 7x1 + 7x2 + 8x3 + 9 = 0
(9) Punkt: A(1/2/3)Ebene: − 1x1 − 3x2 + 1x3 + 7 = 0
www.fersch.de 74
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Punkt - Ebene (Koordinatenform) Lösungen
12.2 LösungenAufgabe (1)
Punkt: A(1/1/ − 2)Ebene: 7x1 + 3x2 + 6x3 + 2 = 07 · 1 + 3 · 1 + 6 · (−2) + 2 = 00 = 0Punkt liegt in der Ebnene
Aufgabe (2)
Punkt: A(2/ − 2/1)Ebene: 6x1 + 3x2 + 5x3 + 1 = 06 · 2 + 3 · (−2) + 5 · 1 + 1 = 012 = 0Punkt liegt nicht in der EbeneAbstand des Punktes von der EbeneKoordinatenform in Hessesche Normalenform HNF6x1 + 3x2 + 5x3 + 1 = 0
n⃗ =
635
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
62 + 32 + 52
|⃗n| = 8, 37HNF:6x1 + 3x2 + 5x3 + 1
−8, 37= 0
Punkt in HNF:d = |6 · 2 + 3 · (−2) + 5 · 1 + 1
−8, 37|
d = | − 1, 43|d = 1, 43
Aufgabe (3)
Punkt: A(2/4/6)Ebene: 7x1 + 8x2 + 9x3 − 7 = 07 · 2 + 8 · 4 + 9 · 6 − 7 = 093 = 0Punkt liegt nicht in der EbeneAbstand des Punktes von der EbeneKoordinatenform in Hessesche Normalenform HNF7x1 + 8x2 + 9x3 − 7 = 0
n⃗ =
789
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
72 + 82 + 92
|⃗n| = 13, 9HNF:7x1 + 8x2 + 9x3 − 7
13, 9= 0
Punkt in HNF:d = |7 · 2 + 8 · 4 + 9 · 6 − 7
13, 9|
d = |6, 68|d = 6, 68
Aufgabe (4)
Punkt: A(1/2/0)Ebene: − 1x1 − 3x2 + 1x3 − 6 = 0− 1 · 1 − 3 · 2 + 1 · 0 − 6 = 0− 13 = 0Punkt liegt nicht in der EbeneAbstand des Punktes von der EbeneKoordinatenform in Hessesche Normalenform HNF− 1x1 − 3x2 + 1x3 − 6 = 0
n⃗ =
−1−31
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−1)2 + (−3)2 + 12
|⃗n| = 3, 32HNF:−1x1 − 3x2 + 1x3 − 6
3, 32= 0
Punkt in HNF:d = |−1 · 1 − 3 · 2 + 1 · 0 − 6
3, 32|
d = | − 3, 92|d = 3, 92
Aufgabe (5)
Punkt: A(4/5/4)Ebene: 6x1 + 7x2 + 6x3 + 5 = 06 · 4 + 7 · 5 + 6 · 4 + 5 = 088 = 0Punkt liegt nicht in der EbeneAbstand des Punktes von der EbeneKoordinatenform in Hessesche Normalenform HNF6x1 + 7x2 + 6x3 + 5 = 0
n⃗ =
676
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
62 + 72 + 62
www.fersch.de 75
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Punkt - Ebene (Koordinatenform) Lösungen
|⃗n| = 11HNF:6x1 + 7x2 + 6x3 + 5
−11= 0
Punkt in HNF:d = |6 · 4 + 7 · 5 + 6 · 4 + 5
−11|
d = | − 8|d = 8
Aufgabe (6)
Punkt: A(3/ − 2/2)Ebene: 1x1 − 1x2 + 2x3 + 1 = 01 · 3 − 1 · (−2) + 2 · 2 + 1 = 010 = 0Punkt liegt nicht in der EbeneAbstand des Punktes von der EbeneKoordinatenform in Hessesche Normalenform HNF1x1 − 1x2 + 2x3 + 1 = 0
n⃗ =
1−12
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
12 + (−1)2 + 22
|⃗n| = 2, 45HNF:1x1 − 1x2 + 2x3 + 1
−2, 45= 0
Punkt in HNF:d = |1 · 3 − 1 · (−2) + 2 · 2 + 1
−2, 45|
d = | − 4, 08|d = 4, 08
Aufgabe (7)
Punkt: A(1/3/ − 1)Ebene: 3x1 + 2x2 + 3x3 + 1 = 03 · 1 + 2 · 3 + 3 · (−1) + 1 = 07 = 0Punkt liegt nicht in der EbeneAbstand des Punktes von der EbeneKoordinatenform in Hessesche Normalenform HNF3x1 + 2x2 + 3x3 + 1 = 0
n⃗ =
323
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
32 + 22 + 32
|⃗n| = 4, 69HNF:
3x1 + 2x2 + 3x3 + 1−4, 69
= 0
Punkt in HNF:d = |3 · 1 + 2 · 3 + 3 · (−1) + 1
−4, 69|
d = | − 1, 49|d = 1, 49
Aufgabe (8)
Punkt: A(4/5/6)Ebene: 7x1 + 7x2 + 8x3 + 9 = 07 · 4 + 7 · 5 + 8 · 6 + 9 = 0120 = 0Punkt liegt nicht in der EbeneAbstand des Punktes von der EbeneKoordinatenform in Hessesche Normalenform HNF7x1 + 7x2 + 8x3 + 9 = 0
n⃗ =
778
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√
72 + 72 + 82
|⃗n| = 12, 7HNF:7x1 + 7x2 + 8x3 + 9
−12, 7= 0
Punkt in HNF:d = |7 · 4 + 7 · 5 + 8 · 6 + 9
−12, 7|
d = | − 9, 43|d = 9, 43
Aufgabe (9)
Punkt: A(1/2/3)Ebene: − 1x1 − 3x2 + 1x3 + 7 = 0− 1 · 1 − 3 · 2 + 1 · 3 + 7 = 03 = 0Punkt liegt nicht in der EbeneAbstand des Punktes von der EbeneKoordinatenform in Hessesche Normalenform HNF− 1x1 − 3x2 + 1x3 + 7 = 0
n⃗ =
−1−31
Länge des Normalenvektors|⃗n| =
√n2
1 + n22 + n2
3
|⃗n| =√(−1)2 + (−3)2 + 12
|⃗n| = 3, 32HNF:−1x1 − 3x2 + 1x3 + 7
−3, 32= 0
Punkt in HNF:
www.fersch.de 76
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Punkt - Ebene (Koordinatenform) Lösungen
d = |−1 · 1 − 3 · 2 + 1 · 3 + 7−3, 32
|d = | − 0, 905|d = 0, 905
www.fersch.de 77
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Gerade - Ebene (Koordinatenform)
13 Gerade - Ebene (Koordinatenform)
b
E
g
Gerade schneidet Ebene
E
g
Gerade ist parallel zur Ebene
gE
Gerade liegt in der Ebene
Gerade: x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
Ebene: n1x1 + n2x2 + n3x3 + c1 = 0
Gerade1 in Punktdarstellungx1 = a1 + b1λ
x2 = a2 + b2λ
x3 = a3 + b3λ
x1, x2, x3 in die Ebenengleichung einsetzenn1(a1 + b1λ) + n2(a2 + b2λ) + n3(a3 + b3λ) + c1 = 0
Die Gleichung nach der Variablen auflösen.• Schnittpunkt zwischen Gerade und EbeneAuflösung nach einer Variablen ist möglich. Variablein die Gerade einsetzen• Geraden und Ebene sind parallelAuflösung nach der Variablen ist nicht möglich. λ
heben sich auf.Gleichung nach Umformung: Konstante = 0• Gerade liegt in der EbeneAuflösung nach der Variablen ist nicht möglich. λ
heben sich auf.Gleichung nach Umformung:0 = 0
Gerade: x⃗ =
357
+ λ
455
Ebene: 1x1 − 2x2 + 5x3 + 10 = 0
x1 = 3 +4λx2 = 5 +5λx3 = 7 +5λ
1(3 + 4λ)− 2(5 + 5λ) + 5(7 + 5λ) + 10 = 019λ + 38 = 0
λ = −3819
λ = −2
x⃗ =
357
− 2 ·
455
Schnittpunkt: S(−5,−5,−3)
13.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:
Gerade 1: x⃗ =
a1a2a3
+ λ
b1b2b3
Ebene: n1x1 + n2x2 + n3x3 + c1 = 0
Gesucht:
www.fersch.de 78
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Gerade - Ebene (Koordinatenform) Aufgaben
Lage der Geraden zur Ebene.
(1) Gerade: x⃗ =
612
+ λ
168
Ebene: 7x1 + 1x2 + 4x3 + 8 = 0
(2) Gerade: x⃗ =
935
+ λ
524
Ebene: 1x1 + 9x2 + 3x3 + 8 = 0
keine Aufgaben
www.fersch.de 79
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Gerade - Ebene (Koordinatenform) Lösungen
13.2 LösungenAufgabe (1)
Gerade: x⃗ =
612
+ λ
168
Ebene: 7x1 + 1x2 + 4x3 + 8 = 0
x1 = 6 +1λx2 = 1 +6λx3 = 2 +8λ
7(6 + 1λ) + 1(1 + 6λ) + 4(2 + 8λ) + 8 = 045λ + 59 = 0λ = −59
45λ = −1 14
45
x⃗ =
612
− 1 1445 ·
168
Schnittpunkt: S(4 31
45 ,−6 1315 ,−8 22
45 )
Aufgabe (2)
Gerade: x⃗ =
935
+ λ
524
Ebene: 1x1 + 9x2 + 3x3 + 8 = 0
x1 = 9 +5λx2 = 3 +2λx3 = 5 +4λ
1(9 + 5λ) + 9(3 + 2λ) + 3(5 + 4λ) + 8 = 035λ + 59 = 0λ = −59
35λ = −1 24
35
x⃗ =
935
− 1 2435 ·
524
Schnittpunkt: S( 4
7 ,− 1335 ,−1 26
35 )
www.fersch.de 80
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Ebene - Ebene
14 Ebene - Ebene
E1
E2
Ebenen sind parallel
E1 = E2
Ebenen sind identisch
gE1
E2
Ebenen schneiden sich
Parameterform - Koordinatenform
Parameterform - Ebene1
x⃗ =
a1
a2
a3
+ λ
b1
b2
b3
+ σ
c1
c2
c3
Koordinatenform - Ebene2n1x1 + n2x2 + n3x3 + k1 = 0
Ebene1 in Punktdarstellungx1 = a1 + b1λ + c1σ
x2 = a2 + b2λ + c2σ
x3 = a3 + b3λ + c2σ
x1, x2, x3 in die Ebenengleichung einsetzenn1(a1 + b1λ + c1σ)+
n2(a2 + b2λ + c2σ)+
n3(a3 + b3λ + c2σ) + k1 = 0
Die Gleichung nach einer Variablen auflösen• Schnittgerade zwischen den EbenenAuflösung nach einer Variablen ist möglich. λ oder σ
in die Parameterform einsetzen• Ebenen sind parallelAuflösung nach einer Variablen ist nicht möglich. λ
und σ heben sich aufGleichung nach Umformung: Konstante = 0• Ebenen sind identischAuflösung nach einer Variablen ist nicht möglich. λ
und σ heben sich aufGleichung nach Umformung: 0 = 0
Ebene1: x⃗ =
232
+ λ
1−21
+ σ
531
Ebene2: − 5x1 + 4x2 − 13x3 − 28 = 0
x1 = 2 +1λ +5σx2 = 3 −2λ +3σx3 = 2 +1λ +3σ
−5(2 + 1λ + 5σ) + 4(3 − 2λ + 3σ)− 13(2 + 1λ + 1σ)− 28 = 0−26λ − 26σ − 52 = 0
λ = +26σ+52−26
λ = −1σ − 2
x⃗ =
232
+ λ ·
1−21
+ (−1λ − 2) ·
531
Schnittgerade: x⃗ =
−8−30
+ λ
−4−50
Parameterform - Parameterform
Eine Ebene in die Koordinatenform umrechnen
Koordinatenform - Koordinatenform
Eine Ebene in die Parameterform umrechnen
www.fersch.de 81
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Ebene - Ebene Aufgaben
14.1 AufgabenUm eigene Aufgaben zu lösen, klicken Sie hier: Neue RechnungGegeben:
Ebene1: x⃗ =
a1a2a3
+ λ
b1b2b3
+ σ
c1c2c3
Ebene2: n1x1 + n2x2 + n3x3 + k1 = 0
Gesucht:Lage der Ebenen zueinander
(1) Ebene1: x⃗ =
195
+ λ
145
+ σ
599
Ebene2: 4x1 + 3x2 + 4x3 + 1 = 0
(2) Ebene1: x⃗ =
449
+ λ
545
+ σ
897
Ebene2: 2x1 + 3x2 + 7x3 + 7 = 0
(3) Ebene1: x⃗ =
360
+ λ
406
+ σ
500
Ebene2: 5x1 + 0x2 + 6x3 + 5 = 0
(4) Ebene1: x⃗ =
232
+ λ
1−21
+ σ
531
Ebene2: 5x1 − 4x2 − 13x3 + 28 = 0
(5) Ebene1: x⃗ =
232
+ λ
1−21
+ σ
531
Ebene2: − 5x1 + 4x2 − 13x3 − 28 = 0
(6) Ebene1: x⃗ =
232
+ λ
1−21
+ σ
531
Ebene2: − 5x1 + 4x2 − 13x3 − 28 = 0
(7) Ebene1: x⃗ =
143
+ λ
041
+ σ
−20− 1
2
Ebene2: 1x1 + 1x2 − 4x3 + 4 = 0
(8) Ebene1: x⃗ =
143
+ λ
041
+ σ
−20− 1
2
Ebene2: 1x1 + 1x2 − 4x3 + 7 = 0
(9) Ebene1: x⃗ =
−2−42
+ λ
122
+ σ
0−1−2
Ebene2: 1x1 + 1x2 + 0x3 + 0 = 0
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Ebene - Ebene Lösungen
14.2 LösungenAufgabe (1)
Gerade: x⃗ =
195
+ λ
145
+ σ
599
Ebene: 4x1 + 3x2 + 4x3 + 1 = 0
x1 = 1 +1λ +5σx2 = 9 +4λ +9σx3 = 5 +5λ +9σ
4(1 + 1λ + 5σ) + 3(9 + 4λ + 9σ) + 4(5 + 5λ + 9σ) + 1 = 036λ + 83σ + 52 = 0
σ = −36λ−5283
σ = − 3683 λ − 52
83
x⃗ =
195
+ λ ·
145
+ (− 3683 λ − 52
83 ) ·
599
Schnittgerade: x⃗ =
−2 1183
3 3083
− 5383
+ λ
−1 1483
883
1 883
Aufgabe (2)
Gerade: x⃗ =
449
+ λ
545
+ σ
897
Ebene: 2x1 + 3x2 + 7x3 + 7 = 0
x1 = 4 +5λ +8σx2 = 4 +4λ +9σx3 = 9 +5λ +9σ
2(4 + 5λ + 8σ) + 3(4 + 4λ + 9σ) + 7(9 + 5λ + 7σ) + 7 = 057λ + 92σ + 90 = 0
σ = −57λ−9092
σ = − 5792 λ − 45
46
x⃗ =
449
+ λ ·
545
+ (− 5792 λ − 45
46 ) ·
897
Schnittgerade: x⃗ =
−3 1923
−4 3746
2 746
+ λ
123
−1 5392
6192
Aufgabe (3)
Gerade: x⃗ =
360
+ λ
406
+ σ
500
Ebene: 5x1 + 0x2 + 6x3 + 5 = 0
x1 = 3 +4λ +5σx2 = 6 +0λ +0σx3 = 0 +6λ +0σ
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Ebene - Ebene Lösungen
5(3 + 4λ + 5σ) + 0(6 + 0λ + 0σ) + 6(0 + 6λ + 0σ) + 5 = 056λ + 25σ + 20 = 0
σ = −56λ−2025
σ = −2 625 λ − 4
5
x⃗ =
360
+ λ ·
406
+ (−2 625 λ − 4
5 ) ·
500
Schnittgerade: x⃗ =
−160
+ λ
−7 15
06
Aufgabe (4)
Gerade: x⃗ =
232
+ λ
1−21
+ σ
531
Ebene: 5x1 − 4x2 − 13x3 + 28 = 0
x1 = 2 +1λ +5σx2 = 3 −2λ +3σx3 = 2 +1λ +3σ
5(2 + 1λ + 5σ)− 4(3 − 2λ + 3σ)− 13(2 + 1λ + 1σ) + 28 = 00λ + 0σ + 0 = 0
0 = 0
Ebenen sind identisch
Aufgabe (5)
Gerade: x⃗ =
232
+ λ
1−21
+ σ
531
Ebene: − 5x1 + 4x2 − 13x3 − 28 = 0
x1 = 2 +1λ +5σx2 = 3 −2λ +3σx3 = 2 +1λ +3σ− 5(2 + 1λ + 5σ) + 4(3 − 2λ + 3σ)− 13(2 + 1λ + 1σ)− 28 = 0− 26λ − 26σ − 52 = 0
σ = +26λ+52−26
σ = −1λ − 2
x⃗ =
232
+ λ ·
1−21
+ (−1λ − 2) ·
531
Schnittgerade: x⃗ =
−8−30
+ λ
−4−50
Aufgabe (6)
www.fersch.de 84
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Ebene - Ebene Lösungen
Gerade: x⃗ =
232
+ λ
1−21
+ σ
531
Ebene: − 5x1 + 4x2 − 13x3 − 28 = 0
x1 = 2 +1λ +5σx2 = 3 −2λ +3σx3 = 2 +1λ +3σ− 5(2 + 1λ + 5σ) + 4(3 − 2λ + 3σ)− 13(2 + 1λ + 1σ)− 28 = 0− 26λ − 26σ − 52 = 0
σ = +26λ+52−26
σ = −1λ − 2
x⃗ =
232
+ λ ·
1−21
+ (−1λ − 2) ·
531
Schnittgerade: x⃗ =
−8−30
+ λ
−4−50
Aufgabe (7)
Gerade: x⃗ =
143
+ λ
041
+ σ
−20− 1
2
Ebene: 1x1 + 1x2 − 4x3 + 4 = 0
x1 = 1 +0λ −2σx2 = 4 +4λ +0σx3 = 3 +1λ +0σ
1(1 + 0λ − 2σ) + 1(4 + 4λ + 0σ)− 4(3 + 1λ − 12 σ) + 4 = 0
0λ + 0σ − 3 = 0
− 3 = 0
Ebenen sind parallel
Aufgabe (8)
Gerade: x⃗ =
143
+ λ
041
+ σ
−20− 1
2
Ebene: 1x1 + 1x2 − 4x3 + 7 = 0
x1 = 1 +0λ −2σx2 = 4 +4λ +0σx3 = 3 +1λ +0σ
1(1 + 0λ − 2σ) + 1(4 + 4λ + 0σ)− 4(3 + 1λ − 12 σ) + 7 = 0
0λ + 0σ + 0 = 0
0 = 0
Ebenen sind identisch
Aufgabe (9)
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Ebene - Ebene Lösungen
Gerade: x⃗ =
−2−42
+ λ
122
+ σ
0−1−2
Ebene: 1x1 + 1x2 + 0x3 + 0 = 0
x1 = −2 +1λ +0σx2 = −4 +2λ −1σx3 = 2 +2λ −1σ
1(−2 + 1λ + 0σ) + 1(−4 + 2λ − 1σ) + 0(2 + 2λ − 2σ) + 0 = 03λ − 1σ − 6 = 0
σ = −3λ+6−1
σ = 3λ − 6
x⃗ =
−2−42
+ λ ·
122
+ (3λ − 6) ·
0−1−2
Schnittgerade: x⃗ =
−2214
+ λ
1−1−4
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