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 2 +4 x 3 = -4 ist und die den Punkt P(4|-3|0) enthält.

Lösung einblenden

Jede zu E parallele Ebene hat den gleichen Normalenvektor n = ( 0 -3 4 ) und damit die Form E: -3 x 2 +4 x 3 = d .

Da der Punkt P(4|-3|0) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-3 ( - 3 ) +4 0 = d

0+9+0 = d

9 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -3 x 2 +4 x 3 = 9 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

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

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Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

3(-2) + 43 + a1 = 2
-6+12+a ⋅ 1 = 2 |-6
1a = -4 | :1
a = -4

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die orthogonal zur Geraden g: x = ( -1 3 4 ) +t ( 2 0 -1 ) ist und die den Punkt P(2|3|-4) enthält.

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

Da der Punkt P(2|3|-4) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

2 2 -1 ( - 4 ) = d

4+0+4 = d

8 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: 2 x 1 - x 3 = 8 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: -6 x 2 +4 x 3 = -8 ?

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

Also ist die Ebene parallel zur x1-Achse

spezielle Ebenen aufstellen

Beispiel:

Bestimme die Koordinatengleichung der x1-x3-Ebene.

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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 Ursprungs O(0|0|0) in diese Gleichung erhält man
d = 00 + 10 + 00=0
also: + x 2 = 0

spezielle Ebene in Parameterform

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: x = ( 1 9 7 ) + r ( 0 -8 0 ) + s ( -7 9 -7 ) ?

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1. Weg:

Der 1. Spannvektor ist ja ( 0 -8 0 ) und zeigt damit genau in gleiche Richtung wie die x2-Achse.

Damit ist die Ebene - unabhängig vom anderen Spannvektor - parallel zur x2-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 x2-Koordinate den Wert 0 haben, denn
( 0 -8 0 ) ( a 0 c ) =0 .

Also E: a x 1 +c x 3 = d

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

Also ist die Ebene parallel zur x2-Achse

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

Bestimme a und b so, dass die Gerage g: x = ( 4 -1 -2 ) +t ( 4 1 -1 ) komplett in der Ebene E: a x 1 + x 2 -19 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:

( 4 1 -1 ) ( a 1 -19 ) = 0

4a + 11 + (-1)(-19) = 0
a ⋅ 4+1+19 = 0 |-20
4a = -20 | :4
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 + x 2 -19 x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (4|-1|-2).

Wir müssen also nur den Aufpunkt (4|-1|-2) in E: -5 x 1 + x 2 -19 x 3 = b einsetzen, um noch das b zu bestimmen.

-5 4 +1 ( - 1 ) -19 ( - 2 ) = b

-20-1+38 = b

17 = b

Mit b = 17 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: -5 x 1 + x 2 -19 x 3 = 17 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: -2 x 1 +12 x 2 +2 x 3 = -62 und F: 6 x 1 +a x 2 -6 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:
( 6 a -6 ) = t⋅ ( -2 12 2 )

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

Daraus ergibt sich aber in der 2. Zeile: a = -3 ⋅ 12 = -36.

Für a = -36 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: 6 x 1 -36 x 2 -6 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = -3 durchmultipliziert, so erhält man
E: 6 x 1 -36 x 2 -6 x 3 = 186 , d.h. für b = 186 sind die beiden Ebenen identisch.