Aufgabenbeispiele von Ebenen bestimmen

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parallele Ebene durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: +3 x 3 = 7 ist und die den Punkt P(1|2|4) enthält.

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

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

+3 4 = d

0+0+12 = d

12 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: +3 x 3 = 12 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

Für welches a liegt der Punkt P(-5|-3|4) auf der Ebene E: 4 x 1 + x 2 +a x 3 = -11 ?

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Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

4(-5) + 1(-3) + a4 = -11
-20+(-3)+a ⋅ 4 = -11 |+23
4a = 12 | :4
a = 3

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die orthogonal zur Geraden g: x = ( 0 1 -4 ) +t ( -2 -5 -2 ) ist und die den Punkt P(-2|-2|-2) enthält.

Lösung einblenden

Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor n = ( -2 -5 -2 ) der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: -2 x 1 -5 x 2 -2 x 3 = d .

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

-2 ( - 2 ) -5 ( - 2 ) -2 ( - 2 ) = d

4+10+4 = d

18 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -2 x 1 -5 x 2 -2 x 3 = 18 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: -2 x 2 = 7 ?

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Der Normalenvektor der Ebene ist n = ( 0 -2 0 ) , er steht also senkrecht auf der x1-x3-Ebene. Also muss die Ebene parallel zur x1-x3-Ebene sein.

Eine Punktprobe mit dem Ursprung O(0|0|0) zeigt, dass dieser nicht auf der Ebene liegt. Also ist die Ebene parallel x1-x3-Ebene.

spezielle Ebenen aufstellen

Beispiel:

Bestimme die Koordinatengleichung einer Ebene, die parallel zur x1-x3-Ebene ist und den Punkt (2|3|2) beinhaltet.

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Da der Normalenvektor der gesuchten Ebene senkrecht auf der Ebene steht, muss dieser n = ( 0 1 0 ) oder eben ein Vielfaches davon sein.

Die Koordinatengleichung hat also die Form + x 2 = d . Durch Einsetzen des Punktes P(2|3|2) in diese Gleichung erhält man
d = 02 + 13 + 02=3
also: + x 2 = 3

spezielle Ebene in Parameterform

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: x = ( 0 -8 -6 ) + r ( 0 -9 6 ) + s ( 0 6 2 ) ?

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1. Weg:

Man kann erkennen, dass - egal was man für r und s einsetzt - der x1-Wert immer 0 bleibt. Man kann die Ebene also auch in der Form als x1 = 0 als Koordinatenebene darstellen. (Damit ist dann der Normalenvektor n = ( 1 0 0 ) .)

E ist also die x2-x3-Ebene.

2. Weg:

Da beide Spannvektoren an der x1-Stelle den Wert 0 haben, kann man leicht den Normalenvektor n = ( 1 0 0 ) bestimmen. Damit muss die Ebene die Form x1=c haben. (Mit Punktprobe des Aufpunkts von E erkennt man dann ...)

E ist also die x2-x3-Ebene.

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

Bestimme a und b so, dass die Gerage g: x = ( 0 5 2 ) +t ( 5 -4 -1 ) komplett in der Ebene E: a x 1 -3 x 2 -13 x 3 = b liegt.

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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 ) ( a -3 -13 ) = 0

5a + (-4)(-3) + (-1)(-13) = 0
a ⋅ 5+12+13 = 0 |-25
5a = -25 | :5
a = -5

Für a = -5 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: -5 x 1 -3 x 2 -13 x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (0|5|2).

Wir müssen also nur den Aufpunkt (0|5|2) in E: -5 x 1 -3 x 2 -13 x 3 = b einsetzen, um noch das b zu bestimmen.

-5 0 -3 5 -13 2 = b

0-15-26 = b

-41 = b

Mit b = -41 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: -5 x 1 -3 x 2 -13 x 3 = -41 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: 2 x 1 +3 x 2 - x 3 = 8 und F: a x 1 -9 x 2 +3 x 3 = b . Bestimme a und b so, dass die beiden Ebenen identisch sind.

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Wenn die beiden Ebenen parallel oder identisch sein sollen, müssen ihre Normalenvektoren vielfache (oder gleich) sein. Es muss also gelten:
( a -9 3 ) = t⋅ ( 2 3 -1 )

Man erkent nun gleich, dass dies nur für t = -3 möglich ist.

Daraus ergibt sich aber in der 1. Zeile: a = -3 ⋅ 2 = -6.

Für a = -6 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: -6 x 1 -9 x 2 +3 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = -3 durchmultipliziert, so erhält man
E: -6 x 1 -9 x 2 +3 x 3 = -24 , d.h. für b = -24 sind die beiden Ebenen identisch.