Aufgabenbeispiele von Ebenen bestimmen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Ebene aus Normalenvektor und Pkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene E, die den Normalenvektor ( -3 -4 -4 ) hat und den Punkt P(3|-3|0) enthält.

Lösung einblenden

Da E den Normalenvektor n = ( -3 -4 -4 ) besitzt, hat sie die Form E: -3 x 1 -4 x 2 -4 x 3 = d .

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

-3 3 -4 ( - 3 ) -4 0 = d

-9+12+0 = d

3 = d

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

parallele Ebene durch Punkt

Beispiel:

Bestimme eine Koordinatengleichung der Ebene F, die parallel zur Ebene E: 4 x 1 = -8 ist und die den Punkt P(1|-3|-3) enthält.

Lösung einblenden

Jede zu E parallele Ebene hat den gleichen Normalenvektor n = ( 4 0 0 ) und damit die Form E: 4 x 1 = d .

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

4 1 = d

4+0+0 = d

4 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: 4 x 1 = 4 .

Punktprobe in Ebene mit Parameter

Beispiel:

Für welches a liegt der Punkt P(1|-4|-3) auf der Ebene E: a x 1 -3 x 2 + x 3 = 8 ?

Lösung einblenden

Wir setzen einfach mal den Punkt P in E ein:

a1 + (-3)(-4) + 1(-3) = 8
a ⋅ 1+12+(-3) = 8 |-9
1a = -1 | :1
a = -1

Ebene aus orth. Geraden durch Punkt

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wenn E orthogonal zur Geraden g ist, so kann man den Richtungsverktor von g als Normalenvektor n = ( 1 4 0 ) der gesuchten Ebene verwenden. Dadurch ergibt sich für die Koordinatengleichung der Ebene E: x 1 +4 x 2 = d .

Da der Punkt P(3|4|1) auf der gesuchten Ebene liegen soll, können wir diesen einfach einsetzen, um das d zu bestimmen.

1 3 +4 4 = d

3+16+0 = d

19 = d

Die gesuchte Ebene hat somit die Gleichung F: x 1 +4 x 2 = 19 .

spezielle Ebenen

Beispiel:

Welche besondere Lage hat die Ebene E: -7 x 3 = 0 ?

Lösung einblenden

Der Normalenvektor der Ebene ist n = ( 0 0 -7 ) , 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 auf der Ebene liegt. Also ist die Ebene die x1-x2-Ebene.

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 = ( 8 -6 3 ) + r ( -8 -6 0 ) + s ( 8 -6 0 ) ?

Lösung einblenden

1. Weg:

Man kann erkennen, dass - egal was man für r und s einsetzt - der x3-Wert immer 3 bleibt. Man kann die Ebene also auch in der Form als x3 = 3 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 Gerade g: x = ( 2 4 5 ) +t ( -4 -5 -1 ) komplett in der Ebene E: a x 1 -2 x 2 +2 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:

( -4 -5 -1 ) ( a -2 2 ) = 0

(-4)a + (-5)(-2) + (-1)2 = 0
a ⋅ (-4)+10+(-2) = 0 |-8
-4a = -8 | :(-4)
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 -2 x 2 +2 x 3 = b .
Wenn g in E liegen soll, muss ja jeder Punkt von g in E liegen, also auch der Aufpunkt (2|4|5).

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

2 2 -2 4 +2 5 = b

4-8+10 = b

6 = b

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

Parameter für Lage von 2 Ebenen bestimmen

Beispiel:

Gegeben sind die Ebenen E: -5 x 1 -5 x 2 +2 x 3 = -20 und F: -10 x 1 -10 x 2 +a 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:
( -10 -10 a ) = t⋅ ( -5 -5 2 )

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

Daraus ergibt sich aber in der 3. Zeile: a = 2 ⋅ 2 = 4.

Für a = 4 sind die Ebenen also parallel oder sogar identisch, für F gilt also
F: -10 x 1 -10 x 2 +4 x 3 = b .

Wenn man nun die Gleichung der Ebene E mit t = 2 durchmultipliziert, so erhält man
E: -10 x 1 -10 x 2 +4 x 3 = -40 , d.h. für b = -40 sind die beiden Ebenen identisch.