Aufgabenbeispiele von Ebenen bestimmen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


parallele Ebene durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: -2 x 1 -5 x 3 = -43 ist und die den Punkt P(2|1|4) enthält.

Lösung einblenden

Jede zu E parallele Ebene hat den gleichen Normalenvektor n = ( -2 0 -5 ) und damit die Form E: -2 x 1 -5 x 3 = d .

Da der Punkt P(2|1|4) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-2 2 -5 4 = d

-4+0-20 = d

-24 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -2 x 1 -5 x 3 = -24 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

Für welches a liegt der Punkt P(-5|-2|-2) auf der Ebene E: a x 1 -2 x 2 +2 x 3 = -15 ?

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

a(-5) + (-2)(-2) + 2(-2) = -15
a ⋅ (-5)+4+(-4) = -15 |-0
-5a = -15 | :(-5)
a = 3

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die orthogonal zur Geraden g: x = ( 3 3 0 ) +t ( 0 2 -1 ) ist und die den Punkt P(-3|-3|1) enthält.

Lösung einblenden

Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor n = ( 0 2 -1 ) der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: +2 x 2 - x 3 = d .

Da der Punkt P(-3|-3|1) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

+2 ( - 3 ) -1 1 = d

0-6-1 = d

-7 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: +2 x 2 - x 3 = -7 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: +5 x 3 = 0 ?

Lösung einblenden

Der Normalenvektor der Ebene ist n = ( 0 0 5 ) , er steht also senkrecht auf der x1-x2-Ebene. Also muss die Ebene parallel zur x1-x2-Ebene sein.

Eine Punktprobe mit dem Ursprung O(0|0|0) zeigt, dass dieser auf der Ebene liegt. Also ist die Ebene die x1-x2-Ebene.

spezielle Ebenen aufstellen

Beispiel:

Bestimme die Koordinatengleichung einer Ebene, die parallel zur x1-Achse ist und den Punkt (3|2|4) beinhaltet.

Lösung einblenden

Da die gesuchte Ebende parallel zur x1-Achse sein muss, darf sie keinen Spurpunkt mit der x1-Achse haben, das heißt, wenn man 0 für x2 und x3 einsetzt, muss a=0 sein, damit die ganze linke Seite immer 0 ist; und die Gleichung so zu einem Widerspruch 0=d führt.

(ansonsten könnte man ja ax1 + b0 + c0=d zu x1= d a umformen und würde einen Spurpunkt mit der x1-Achse erhalten)

Der Koeffizient a vor x1 muss also 0 sein. Die Gleichung der Ebene lautet dann
b⋅x2 + c⋅x3=d.

Punkt P(3|2|4) eingesetzt:
b⋅2 + c⋅4=d

b=1;c=1 und d=6 ist eine (von unendlich vielen) Möglichkeiten für diese Gleichung.
x2 + x3=6 ist also eine zur x1-Achse parallele Ebene, in der auch der Punkt P(3|2|4) liegt.

spezielle Ebene in Parameterform

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: x = ( -4 -8 -3 ) + r ( 0 0 3 ) + s ( 7 6 9 ) ?

Lösung einblenden

1. Weg:

Der 1. Spannvektor ist ja ( 0 0 3 ) und zeigt damit genau in gleiche Richtung wie die x3-Achse.

Damit ist die Ebene - unabhängig vom anderen Spannvektor - parallel zur x3-Achse.

2. Weg:

Da der 1. Spannvektor an zwei Stellen den Wert 0 hat, muss der Normalenvektor (der ja orthogonal zu den beiden Spannvektoren ist) an der x3-Koordinate den Wert 0 haben, denn
( 0 0 3 ) ( a b 0 ) =0 .

Also E: a x 1 +b x 2 = d

Wenn man jetzt aber die Spurpunkte der Ebene sucht, also auch x1 und x2 gleich 0 setzt, so erkennt man, dass die Ebene keinen Schnittpunkt mit der x3-Achse hat.

Also ist die Ebene parallel zur x3-Achse

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

Bestimme a und b so, dass die Gerage g: x = ( 0 0 -5 ) +t ( 5 -4 -1 ) komplett in der Ebene E: 2 x 1 +5 x 2 +a x 3 = b liegt.

Lösung einblenden

Wenn die Gerade g in E liegen soll, muss auch der Normalenvektor von E orthogonal zum Richtungsvektor von g sein, also muss gelten:

( 5 -4 -1 ) ( 2 5 a ) = 0

52 + (-4)5 + (-1)a = 0
10+(-20)+a ⋅ (-1) = 0 |+10
-1a = 10 | :(-1)
a = -10

Für a = -10 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: 2 x 1 +5 x 2 -10 x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (0|0|-5).

Wir müssen also nur den Aufpunkt (0|0|-5) in E: 2 x 1 +5 x 2 -10 x 3 = b einsetzen, um noch das b zu bestimmen.

2 0 +5 0 -10 ( - 5 ) = b

0+0+50 = b

50 = b

Mit b = 50 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: 2 x 1 +5 x 2 -10 x 3 = 50 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: 5 x 1 +2 x 2 + x 3 = 25 und F: a x 1 -4 x 2 -2 x 3 = b . Bestimme a und b so, dass die beiden Ebenen identisch sind.

Lösung einblenden

Wenn die beiden Ebenen parallel oder identisch sein sollen, müssen ihre Normalenvektoren vielfache (oder gleich) sein. Es muss also gelten:
( a -4 -2 ) = t⋅ ( 5 2 1 )

Man erkent nun gleich, dass dies nur für t = -2 möglich ist.

Daraus ergibt sich aber in der 1. Zeile: a = -2 ⋅ 5 = -10.

Für a = -10 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: -10 x 1 -4 x 2 -2 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = -2 durchmultipliziert, so erhält man
E: -10 x 1 -4 x 2 -2 x 3 = -50 , d.h. für b = -50 sind die beiden Ebenen identisch.