Aufgabenbeispiele von Ebenen bestimmen

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parallele Ebene durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: + x 3 = 9 ist und die den Punkt P(-2|-1|1) enthält.

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

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

+1 1 = d

0+0+1 = d

1 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: + x 3 = 1 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

Für welches a liegt der Punkt P(2|0|-5) auf der Ebene E: a x 1 +2 x 2 -4 x 3 = 22 ?

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Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

a2 + 20 + (-4)(-5) = 22
a ⋅ 2+0+20 = 22 |-20
2a = 2 | :2
a = 1

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

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

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

Da der Punkt P(1|0|4) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

-2 1 -2 0 +3 4 = d

-2+0+12 = d

10 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -2 x 1 -2 x 2 +3 x 3 = 10 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: -5 x 3 = 4 ?

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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 nicht auf der Ebene liegt. Also ist die Ebene parallel x1-x2-Ebene.

spezielle Ebenen aufstellen

Beispiel:

Bestimme die Koordinatengleichung der x2-x3-Ebene.

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

Die Koordinatengleichung hat also die Form x 1 = d . Durch Einsetzen des Ursprungs O(0|0|0) in diese Gleichung erhält man
d = 10 + 00 + 00=0
also: x 1 = 0

spezielle Ebene in Parameterform

Beispiel:

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

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1. Weg:

Man kann erkennen, dass - egal was man für r und s einsetzt - der x1-Wert immer -7 bleibt. Man kann die Ebene also auch in der Form als x1 = -7 als Koordinatenebene darstellen. (Damit ist dann der Normalenvektor n = ( 1 0 0 ) .)

E ist also parallel zur 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 parallel zur x2-x3-Ebene.

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

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

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

2(-2) + (-2)1 + (-1)a = 0
-4+(-2)+a ⋅ (-1) = 0 |+6
-1a = 6 | :(-1)
a = -6

Für a = -6 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: -2 x 1 + x 2 -6 x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (2|1|-4).

Wir müssen also nur den Aufpunkt (2|1|-4) in E: -2 x 1 + x 2 -6 x 3 = b einsetzen, um noch das b zu bestimmen.

-2 2 +1 1 -6 ( - 4 ) = b

-4+1+24 = b

21 = b

Mit b = 21 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: -2 x 1 + x 2 -6 x 3 = 21 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: -3 x 1 +4 x 2 +5 x 3 = 6 und F: -6 x 1 +a x 2 +10 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 10 ) = t⋅ ( -3 4 5 )

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

Daraus ergibt sich aber in der 2. Zeile: a = 2 ⋅ 4 = 8.

Für a = 8 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: -6 x 1 +8 x 2 +10 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = 2 durchmultipliziert, so erhält man
E: -6 x 1 +8 x 2 +10 x 3 = 12 , d.h. für b = 12 sind die beiden Ebenen identisch.