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 -2 x 2 +2 x 3 = -22 ist und die den Punkt P(3|-4|-4) enthält.

Lösung einblenden

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

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

-3 3 -2 ( - 4 ) +2 ( - 4 ) = d

-9+8-8 = d

-9 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -3 x 1 -2 x 2 +2 x 3 = -9 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

3(-3) + (-2)(-4) + a4 = 11
-9+8+a ⋅ 4 = 11 |+1
4a = 12 | :4
a = 3

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor n = ( -4 3 -5 ) der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: -4 x 1 +3 x 2 -5 x 3 = d .

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

-4 4 +3 3 -5 3 = d

-16+9-15 = d

-22 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: -4 x 1 +3 x 2 -5 x 3 = -22 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: 7 x 1 -3 x 2 = -3 ?

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 der x1-x2-Ebene.

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 Ursprungs O(0|0|0) in diese Gleichung erhält man
d = 00 + 00 + 10=0
also: + x 3 = 0

spezielle Ebene in Parameterform

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: x = ( 3 7 -8 ) + r ( 6 0 0 ) + s ( -5 9 -2 ) ?

Lösung einblenden

1. Weg:

Der 1. Spannvektor ist ja ( 6 0 0 ) und zeigt damit genau in gleiche Richtung wie die x1-Achse.

Damit ist die Ebene - unabhängig vom anderen Spannvektor - parallel zur x1-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 x1-Koordinate den Wert 0 haben, denn
( 6 0 0 ) ( 0 b c ) =0 .

Also E: +b x 2 +c x 3 = d

Wenn man jetzt aber 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

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

Bestimme a und b so, dass die Gerage g: x = ( -3 4 0 ) +t ( -5 -5 -1 ) komplett in der Ebene E: a x 1 -5 x 2 +35 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 -5 -1 ) ( a -5 35 ) = 0

(-5)a + (-5)(-5) + (-1)35 = 0
a ⋅ (-5)+25+(-35) = 0 |+10
-5a = 10 | :(-5)
a = -2

Für a = -2 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: -2 x 1 -5 x 2 +35 x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (-3|4|0).

Wir müssen also nur den Aufpunkt (-3|4|0) in E: -2 x 1 -5 x 2 +35 x 3 = b einsetzen, um noch das b zu bestimmen.

-2 ( - 3 ) -5 4 +35 0 = b

6-20+0 = b

-14 = b

Mit b = -14 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: -2 x 1 -5 x 2 +35 x 3 = -14 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: 3 x 1 +5 x 2 -4 x 3 = -8 und F: a x 1 -15 x 2 +12 x 3 = b . Bestimme a und b so, dass die beiden Ebenen echt parallel sind.

Lösung einblenden

Wenn die beiden Ebenen parallel oder identisch sein sollen, müssen ihre Normalenvektoren vielfache (oder gleich) sein. Es muss also gelten:
( a -15 12 ) = t⋅ ( 3 5 -4 )

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

Daraus ergibt sich aber in der 1. Zeile: a = -3 ⋅ 3 = -9.

Für a = -9 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: -9 x 1 -15 x 2 +12 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = -3 durchmultipliziert, so erhält man
E: -9 x 1 -15 x 2 +12 x 3 = 24 , d.h. für b = 24 sind die beiden Ebenen identisch.

Genau das wollen wir ja aber gerade nicht, deswegen können wir jeden beliebigen Wert für b ≠ 24, also z.B.: b = 25 setzen.