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: -3 x 1 -3 x 2 +5 x 3 = -42 ist und die den Punkt P(1|-2|-5) enthält.

Lösung einblenden

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

Da der Punkt P(1|-2|-5) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-3 1 -3 ( - 2 ) +5 ( - 5 ) = d

-3+6-25 = d

-22 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -3 x 1 -3 x 2 +5 x 3 = -22 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

33 + a1 + (-5)3 = -1
9+a ⋅ 1+(-15) = -1 |+6
1a = 5 | :1
a = 5

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die orthogonal zur Geraden g: x = ( -2 0 1 ) +t ( -3 4 -1 ) ist und die den Punkt P(3|-5|-4) enthält.

Lösung einblenden

Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor n = ( -3 4 -1 ) der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: -3 x 1 +4 x 2 - x 3 = d .

Da der Punkt P(3|-5|-4) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-3 3 +4 ( - 5 ) -1 ( - 4 ) = d

-9-20+4 = d

-25 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -3 x 1 +4 x 2 - x 3 = -25 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: - x 1 +6 x 2 = 7 ?

Lösung einblenden

Wenn man 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

spezielle Ebenen aufstellen

Beispiel:

Bestimme die Koordinatengleichung einer Ebene, die parallel zur x1-x2-Ebene ist und den Punkt (1|4|3) beinhaltet.

Lösung einblenden

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

Die Koordinatengleichung hat also die Form + x 3 = d . Durch Einsetzen des Punktes P(1|4|3) in diese Gleichung erhält man
d = 01 + 04 + 13=3
also: + x 3 = 3

spezielle Ebene in Parameterform

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: x = ( 7 1 0 ) + r ( 7 -4 0 ) + s ( 5 -3 0 ) ?

Lösung einblenden

1. Weg:

Man kann erkennen, dass - egal was man für r und s einsetzt - der x3-Wert immer 0 bleibt. Man kann die Ebene also auch in der Form als x3 = 0 als Koordinatenebene darstellen. (Damit ist dann der Normalenvektor n = ( 0 0 1 ) .)

E ist also die x1-x2-Ebene.

2. Weg:

Da beide Spannvektoren an der x3-Stelle den Wert 0 haben, kann man leicht den Normalenvektor n = ( 0 0 1 ) bestimmen. Damit muss die Ebene die Form x3=c haben. (Mit Punktprobe des Aufpunkts von E erkennt man dann ...)

E ist also die x1-x2-Ebene.

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

Bestimme a und b so, dass die Gerage g: x = ( 0 1 3 ) +t ( -2 0 -1 ) komplett in der Ebene E: a x 1 +3 x 2 -10 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:

( -2 0 -1 ) ( a 3 -10 ) = 0

(-2)a + 03 + (-1)(-10) = 0
a ⋅ (-2)+0+10 = 0 |-10
-2a = -10 | :(-2)
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 -10 x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (0|1|3).

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

5 0 +3 1 -10 3 = b

0+3-30 = b

-27 = b

Mit b = -27 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: 5 x 1 +3 x 2 -10 x 3 = -27 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: 10 x 1 +3 x 2 - x 3 = -50 und F: a x 1 -6 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 -6 2 ) = t⋅ ( 10 3 -1 )

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

Daraus ergibt sich aber in der 1. Zeile: a = -2 ⋅ 10 = -20.

Für a = -20 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: -20 x 1 -6 x 2 +2 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = -2 durchmultipliziert, so erhält man
E: -20 x 1 -6 x 2 +2 x 3 = 100 , d.h. für b = 100 sind die beiden Ebenen identisch.