Weil beim Vektor $\left(\begin{array}{c}0\\ 1\\ 1\end{array}\right)$ in der x₁-Koordinate eine 0 steht, wäre ja der Vektor $\left(\begin{array}{c}t\\ -1\\ 1\end{array}\right)$ für jedes t orthogonal zu $\left(\begin{array}{c}0\\ 1\\ 1\end{array}\right)$, denn $\left(\begin{array}{c}0\\ 1\\ 1\end{array}\right)$∘$\left(\begin{array}{c}t\\ -1\\ 1\end{array}\right)$=$0\cdot \mathrm{<mi>t</mi>}+1\cdot \mathrm{(-1)}+1\cdot 1=0-1\mathrm{+1}=0$.

Nun müssen wir noch das t so bestimmen, dass auch das Skalarprodukt mit dem Vektor $\left(\begin{array}{c}1\\ 4\\ -1\end{array}\right)$⋅$\left(\begin{array}{c}t\\ -1\\ 1\end{array}\right)$ = 1⋅t -5 = 0 wird, also t=$5$ = 5.

Der gesuchte Normalenvektor ist also $\overrightarrow{n}$ = $\left(\begin{array}{c}5\\ -1\\ 1\end{array}\right)$

Weil beim Vektor $\left(\begin{array}{c}3\\ 1\\ 0\end{array}\right)$ in der x₃-Koordinate eine 0 steht, wäre ja der Vektor $\left(\begin{array}{c}-1\\ 3\\ t\end{array}\right)$ für jedes t orthogonal zu $\left(\begin{array}{c}3\\ 1\\ 0\end{array}\right)$, denn $\left(\begin{array}{c}3\\ 1\\ 0\end{array}\right)$∘$\left(\begin{array}{c}-1\\ 3\\ t\end{array}\right)$=$3\cdot \mathrm{(-1)}+1\cdot 3+0\cdot \mathrm{<mi>t</mi>}=-3\mathrm{+3}\mathrm{+0}=0$.

Nun müssen wir noch das t so bestimmen, dass auch das Skalarprodukt mit dem Vektor $\left(\begin{array}{c}5\\ -1\\ 2\end{array}\right)$⋅$\left(\begin{array}{c}-1\\ 3\\ t\end{array}\right)$ = 2⋅t -8 = 0 wird, also t=$\frac{8}{2}$ = 4.

Der gesuchte Normalenvektor ist also $\overrightarrow{n}$ = $\left(\begin{array}{c}-1\\ 3\\ 4\end{array}\right)$

Da die gesuchte Gerade h in der Ebene E liegt und orthogonal zu g steht, muss der Richtungsvevtor $\overrightarrow{{\mathrm{rv}}_h}$ der gesuchten Geraden h sowohl zum Normalenvektor $\overrightarrow{n}$=$\left(\begin{array}{c}0\\ -5\\ 2\end{array}\right)$ von E als auch zum Richungsvektor $\overrightarrow{{\mathrm{rv}}_g}$=$\left(\begin{array}{c}-4\\ -1\\ 2\end{array}\right)$ von g orthogonal stehen.

Weil beim Normalenvektor $\overrightarrow{n_E}$=$\left(\begin{array}{c}0\\ -5\\ 2\end{array}\right)$ in der x₁-Koordinaten eine 0 steht, wäre ja der Vektor $\left(\begin{array}{c}t\\ -2\\ -5\end{array}\right)$ für jedes t orthogonal zur Ebene, denn $\left(\begin{array}{c}0\\ -5\\ 2\end{array}\right)$∘$\left(\begin{array}{c}t\\ -2\\ -5\end{array}\right)$=$0\cdot \mathrm{<mi>t</mi>}+\mathrm{(-5)}\cdot \mathrm{(-2)}+2\cdot \mathrm{(-5)}=0\mathrm{+10}-10=0$.

Nun müssen wir noch das t so bestimmen, dass auch das Skalarprodukt mit dem Richungsvektor $\overrightarrow{{\mathrm{rv}}_g}$=$\left(\begin{array}{c}-4\\ -1\\ 2\end{array}\right)$⋅$\left(\begin{array}{c}t\\ -2\\ -5\end{array}\right)$ = -4⋅t -8 = 0 wird, also t=$-\frac{8}{4}$=$-2$. Der Richungsvektor der gesuchten Geraden h ist also $\overrightarrow{{\mathrm{rv}}_h}$=$\left(\begin{array}{c}-2\\ -2\\ -5\end{array}\right)$.

Da $\overrightarrow{n}$⋅$\overrightarrow{{\mathrm{rv}}_h}$=$\left(\begin{array}{c}-4\\ -1\\ 2\end{array}\right)$∘$\left(\begin{array}{c}-2\\ -2\\ -5\end{array}\right)$=$\mathrm{(-4)}\cdot \mathrm{(-2)}+\mathrm{(-1)}\cdot \mathrm{(-2)}+2\cdot \mathrm{(-5)}=8\mathrm{+2}-10=0$ ist, liegt also unsere gesuchte Gerade h entweder parallel zu Ebene E oder sie liegt in ihr. Wir brauchen also noch einen Aufpunkt, der in E liegt, so dass auch die ganze Gerade in E liegen muss.

Wir können jetzt also einen beliebigen Punkt der Ebene E als Aufpunkt für unsere gesuchte Gerade h nehmen:
$\left(3|3|-4\right)$ liegt in E, da:

Die gesuchte Gerade ist also h: $\overrightarrow{x}=$ $\left(\begin{array}{c}3\\ 3\\ -4\end{array}\right)+t\cdot \left(\begin{array}{c}-2\\ -2\\ -5\end{array}\right)$

Da die gesuchte Ebene die Gerade g beinhaltet und orthogonal zu F steht, muss der Normalenvektor $\overrightarrow{n}$ der gesuchten Ebene E sowohl zum Normalenvektor $\overrightarrow{n_F}$=$\left(\begin{array}{c}3\\ 1\\ 1\end{array}\right)$ von F als auch zum Richungsvektor $\overrightarrow{\mathrm{rv}}$=$\left(\begin{array}{c}4\\ 3\\ 0\end{array}\right)$ von g orthogonal stehen.

Weil beim Richungsvektor $\overrightarrow{\mathrm{rv}}$=$\left(\begin{array}{c}4\\ 3\\ 0\end{array}\right)$ in der x₃-Koordinaten eine 0 steht, wäre ja der Vektor $\left(\begin{array}{c}-3\\ 4\\ t\end{array}\right)$ für jedes t orthogonal zur Geraden, denn $\left(\begin{array}{c}4\\ 3\\ 0\end{array}\right)$∘$\left(\begin{array}{c}-3\\ 4\\ t\end{array}\right)$=$4\cdot \mathrm{(-3)}+3\cdot 4+0\cdot \mathrm{<mi>t</mi>}=-12\mathrm{+12}\mathrm{+0}=0$.

Nun müssen wir noch das t so bestimmen, dass auch das Skalarprodukt mit dem Normalenvektor von F $\left(\begin{array}{c}3\\ 1\\ 1\end{array}\right)$⋅$\left(\begin{array}{c}-3\\ 4\\ t\end{array}\right)$ = 1⋅t -5 = 0 wird, also t=$5$. Der Normalenvektor der gesuchten Ebene ist also $\overrightarrow{n_E}$=$\left(\begin{array}{c}-3\\ 4\\ 5\end{array}\right)$, die Ebenengleichung also: $-3x_1+4x_2+5x_3=\mathrm{d}$.

Da $\overrightarrow{\mathrm{rv}}$⋅$\overrightarrow{n_E}$=$\left(\begin{array}{c}4\\ 3\\ 0\end{array}\right)$∘$\left(\begin{array}{c}-3\\ 4\\ 5\end{array}\right)$=$4\cdot \mathrm{(-3)}+3\cdot 4+0\cdot 5=-12\mathrm{+12}\mathrm{+0}=0$ ist, liegt also g entweder parallel zu unserer gesuchten Ebene E oder sie liegt in ihr. Wenn der Aufpunkt $\left(2|0|-4\right)$ in E liegt, muss also auch die ganze Gerade in E liegen. Wir setzen also $\left(2|0|-4\right)$ in E ein:

Die gesuchte Ebene ist also E: $-3x_1+4x_2+5x_3=-26$

Wenn die Punkte der gesuchten Geraden alle den gleichen Abstand zu E haben, dann muss die Gerade parallel zu E sein. Der Richtungsvektor $\overrightarrow{u}$ muss also orthogonal zum Normalenvektor von E sein: $\overrightarrow{u}$⋅$\left(\begin{array}{c}7\\ 6\\ -6\end{array}\right)$ = 0.

Das gleiche gilt natürlich auch für die Ebene F, auch zu dieser Ebene muss g parallel sein. Auch hier muss also gelten, dass der Richtungsvektor $\overrightarrow{u}$ orthogonal zum Normalenvektor von F sein muss:
$\overrightarrow{u}$⋅$\left(\begin{array}{c}6\\ 7\\ -6\end{array}\right)$ = 0.

Wir suchen also einen Richtungsvektor, der sowohl orthogonal zu $\left(\begin{array}{c}7\\ 6\\ -6\end{array}\right)$ als auch zu $\left(\begin{array}{c}6\\ 7\\ -6\end{array}\right)$ ist. Dieses Problem kennen wir ja bereits und können wir mit dem Vektorprodukt (Kreuzprodukt) lösen:

$\overrightarrow{u}=\left(\begin{array}{c}7\\ 6\\ -6\end{array}\right)\times \left(\begin{array}{c}6\\ 7\\ -6\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}6·\left(-6\right)-\left(-6\right)·7\\ -6·6-7·\left(-6\right)\\ 7·7-6·6\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-36+42\\ -36+42\\ 49-36\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}6\\ 6\\ 13\end{array}\right)$

Als Stützvektor dieser Geraden brauchen wir einen Punkt, der von beiden Ebenen den gleichen Abstand d=33 hat. Dafür können wir natürlich einfach den Ortsvektor des gegebenen Punkts $\overrightarrow{\mathrm{OP}}$=$\left(\begin{array}{c}33\\ 18\\ -18\end{array}\right)$ nehmen.

Eine mögliche Gleichung solch einer Gerade wäre also g: $\overrightarrow{x}=$ $\left(\begin{array}{c}33\\ 18\\ -18\end{array}\right)+t\cdot \left(\begin{array}{c}6\\ 6\\ 13\end{array}\right)$.

Da die gesuchte Ebene die Gerade g beinhaltet und orthogonal zu F steht, muss der Normalenvektor $\overrightarrow{n}$ der gesuchten Ebene E sowohl zum Normalenvektor $\overrightarrow{n_F}$=$\left(\begin{array}{c}5\\ 0\\ -3\end{array}\right)$ von F als auch zum Richungsvektor $\overrightarrow{\mathrm{rv}}$=$\left(\begin{array}{c}1\\ -2\\ 1\end{array}\right)$ von g orthogonal stehen.

Weil beim Normalenvektor $\overrightarrow{n_F}$=$\left(\begin{array}{c}5\\ 0\\ -3\end{array}\right)$ in der x₂-Koordinaten eine 0 steht, wäre ja der Vektor $\left(\begin{array}{c}-3\\ t\\ -5\end{array}\right)$ für jedes t orthogonal zur Ebene, denn $\left(\begin{array}{c}5\\ 0\\ -3\end{array}\right)$∘$\left(\begin{array}{c}-3\\ t\\ -5\end{array}\right)$=$5\cdot \mathrm{(-3)}+0\cdot \mathrm{<mi>t</mi>}+\mathrm{(-3)}\cdot \mathrm{(-5)}=-15\mathrm{+0}\mathrm{+15}=0$.

Nun müssen wir noch das t so bestimmen, dass auch das Skalarprodukt mit dem Richungsvektor $\overrightarrow{\mathrm{rv}}$=$\left(\begin{array}{c}1\\ -2\\ 1\end{array}\right)$⋅$\left(\begin{array}{c}-3\\ t\\ -5\end{array}\right)$ = -2⋅t -8 = 0 wird, also t=$-\frac{8}{2}$=$-4$. Der Normalenvektor der gesuchten Ebene ist also $\overrightarrow{n_E}$=$\left(\begin{array}{c}-3\\ -4\\ -5\end{array}\right)$, die Ebenengleichung also: $-3x_1-4x_2-5x_3=\mathrm{d}$.

Da $\overrightarrow{\mathrm{rv}}$⋅$\overrightarrow{n_E}$=$\left(\begin{array}{c}1\\ -2\\ 1\end{array}\right)$∘$\left(\begin{array}{c}-3\\ -4\\ -5\end{array}\right)$=$1\cdot \mathrm{(-3)}+\mathrm{(-2)}\cdot \mathrm{(-4)}+1\cdot \mathrm{(-5)}=-3\mathrm{+8}-5=0$ ist, liegt also g entweder parallel zu unserer gesuchten Ebene E oder sie liegt in ihr. Wenn der Aufpunkt $\left(4|5|4\right)$ in E liegt, muss also auch die ganze Gerade in E liegen. Wir setzen also $\left(4|5|4\right)$ in E ein:

Die gesuchte Ebene ist also E: $-3x_1-4x_2-5x_3=-52$

Der Vektor $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$ muss orthogonal zu $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$=$\left(\begin{array}{c}8\\ -4\\ -1\end{array}\right)$ sein, weil ABCD ja ein Rechteck mit lauter rechten Winkeln ist. Außerdem muss $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$ aber auch noch orthogonal zum Normalenvektor der Ebene $\overrightarrow{n}$=$\left(\begin{array}{c}4\\ 7\\ 4\end{array}\right)$ sein, weil ja alle Punkte und deren Verbindungsvektoren in der Ebene liegen.

Und die Richtung, die sowohl orthogonal zu $\left(\begin{array}{c}8\\ -4\\ -1\end{array}\right)$ als auch zu $\left(\begin{array}{c}4\\ 7\\ 4\end{array}\right)$ sein muss, können wir mit dem Vektorprodukt berechnen:

k⋅$\overrightarrow{\mathrm{BC}}=\left(\begin{array}{c}8\\ -4\\ -1\end{array}\right)\times \left(\begin{array}{c}4\\ 7\\ 4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-4·4-\left(-1\right)·7\\ -1·4-8·4\\ 8·7-\left(-4\right)·4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-16+7\\ -4-32\\ 56+16\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}-9\\ -36\\ 72\end{array}\right)$ = -9⋅$\left(\begin{array}{c}1\\ 4\\ -8\end{array}\right)$

Die Länge des Vektors können wir über den Flächeninhalt berechnen:

A = $\left|$ \left(\begin{array}{c}8\\ -4\\ -1\end{array}\right)$\right|$⋅ $|k·\left(\begin{array}{c}1\\ 4\\ -8\end{array}\right)|$ = 324

mit $\left|$ \left(\begin{array}{c}8\\ -4\\ -1\end{array}\right)$\right|$ = $\sqrt{8^2+{\mathrm{(-4)}}^2+{\mathrm{(-1)}}^2}=\sqrt{81}=9$ und $\left|$ \left(\begin{array}{c}1\\ 4\\ -8\end{array}\right)$\right|$ = $\sqrt{1^2+4^2+{\mathrm{(-8)}}^2}=\sqrt{81}=9$ gilt somit:

9 ⋅ k⋅9 = 324 | :81

k = $\frac{\mathrm{324}}{\mathrm{81}}$ = 4

Für den Ortsvektor des gesuchten Punkts C gilt somit:
$\overrightarrow{\mathrm{0C}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{0B}}$ + 4⋅$\left(\begin{array}{c}1\\ 4\\ -8\end{array}\right)$ = $\left(\begin{array}{c}8\\ -4\\ -1\end{array}\right)$ + $\left(\begin{array}{c}4\\ 16\\ -32\end{array}\right)$ = $\left(\begin{array}{c}12\\ 12\\ -33\end{array}\right)$
bzw. $\overrightarrow{\mathrm{0C\text{'}}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{0B}}$ - 4⋅$\left(\begin{array}{c}1\\ 4\\ -8\end{array}\right)$ = $\left(\begin{array}{c}8\\ -4\\ -1\end{array}\right)$ + $\left(\begin{array}{c}-4\\ -16\\ 32\end{array}\right)$ = $\left(\begin{array}{c}4\\ -20\\ 31\end{array}\right)$

Die Koordinaten von C sind somit C$\left(12|12|-33\right)$ oder C'$\left(4|-20|31\right)$.

Wir nennen den Schnittpunkt der gesuchten Gerade mit der x₁-Achse Q_c(c|0|0). Damit muss $\overrightarrow{Q_{c}P}$=$\left(\begin{array}{c}\mathrm{-3\; -\; c}\\ 5\\ -1\end{array}\right)$ der Richtungsvektor der gesuchten Gerade sein.

Wenn diese Gerade nun parallel zur Ebene E sein soll, muss der Normalenvektor von E orthogonal zu $\overrightarrow{Q_{c}P}$ sein, also gilt:

0 = $\left(\begin{array}{c}4\\ 1\\ 1\end{array}\right)$⋅$\left(\begin{array}{c}\mathrm{-3\; -\; c}\\ 5\\ -1\end{array}\right)$ = $4·\left(-3-c\right)+1·5+1·\left(-1\right)$ = $4\left(-3-c\right)+5-1$

Damit ist der Richtungsvektor der gesuchten Gerade $\overrightarrow{Q_{\mathrm{-2}}P}$ = = $\left(\begin{array}{c}-1\\ 5\\ -1\end{array}\right)$

Die gesuchte Gerade ist also h: $\overrightarrow{x}=$ $\left(\begin{array}{c}-3\\ 5\\ -1\end{array}\right)+t\cdot \left(\begin{array}{c}-1\\ 5\\ -1\end{array}\right)$