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: 4 x 1 -4 x 2 + x 3 = 2 ist und die den Punkt P(1|-3|-2) enthält.

Lösung einblenden

Jede zu E parallele Ebene hat den gleichen Normalenvektor n = ( 4 -4 1 ) und damit die Form E: 4 x 1 -4 x 2 + x 3 = d .

Da der Punkt P(1|-3|-2) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

4 1 -4 ( - 3 ) +1 ( - 2 ) = d

4+12-2 = d

14 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: 4 x 1 -4 x 2 + x 3 = 14 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

Für welches a liegt der Punkt P(5|1|3) auf der Ebene E: 4 x 1 +a x 2 - x 3 = 14 ?

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

45 + a1 + (-1)3 = 14
20+a ⋅ 1+(-3) = 14 |-17
1a = -3 | :1
a = -3

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

Da der Punkt P(5|4|-2) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

4 5 +4 4 +2 ( - 2 ) = d

20+16-4 = d

32 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: 4 x 1 +4 x 2 +2 x 3 = 32 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: 7 x 1 = 0 ?

Lösung einblenden

Der Normalenvektor der Ebene ist n = ( 7 0 0 ) , er steht also senkrecht auf der x2-x3-Ebene. Also muss die Ebene parallel zur x2-x3-Ebene sein.

Eine Punktprobe mit dem Ursprung O(0|0|0) zeigt, dass dieser auf der Ebene liegt. Also ist die Ebene die x2-x3-Ebene.

spezielle Ebenen aufstellen

Beispiel:

Bestimme die Koordinatengleichung der x1-x3-Ebene.

Lösung einblenden

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 = ( -7 6 2 ) + r ( -6 5 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 2 bleibt. Man kann die Ebene also auch in der Form als x3 = 2 als Koordinatenebene darstellen. (Damit ist dann der Normalenvektor n = ( 0 0 1 ) .)

E ist also parallel zur 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 parallel zur x1-x2-Ebene.

Parameter bestimmen, dass g in E liegt

Beispiel:

Bestimme a und b so, dass die Gerage g: x = ( -3 -1 2 ) +t ( -3 -5 -1 ) komplett in der Ebene E: - x 1 +a x 2 -17 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:

( -3 -5 -1 ) ( -1 a -17 ) = 0

(-3)(-1) + (-5)a + (-1)(-17) = 0
3+a ⋅ (-5)+17 = 0 |-20
-5a = -20 | :(-5)
a = 4

Für a = 4 ist also g parallel zu E oder liegt in E.
E hat dann also die Koordinatengleichung E: - x 1 +4 x 2 -17 x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (-3|-1|2).

Wir müssen also nur den Aufpunkt (-3|-1|2) in E: - x 1 +4 x 2 -17 x 3 = b einsetzen, um noch das b zu bestimmen.

-1 ( - 3 ) +4 ( - 1 ) -17 2 = b

3-4-34 = b

-35 = b

Mit b = -35 ergibt sich somit als Koordinatengleichung für E: - x 1 +4 x 2 -17 x 3 = -35 .

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: 13 x 1 +3 x 2 -2 x 3 = 55 und F: a x 1 +9 x 2 -6 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 9 -6 ) = t⋅ ( 13 3 -2 )

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

Daraus ergibt sich aber in der 1. Zeile: a = 3 ⋅ 13 = 39.

Für a = 39 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: 39 x 1 +9 x 2 -6 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = 3 durchmultipliziert, so erhält man
E: 39 x 1 +9 x 2 -6 x 3 = 165 , d.h. für b = 165 sind die beiden Ebenen identisch.