Wenn man eine Gerade und eine Ebene im Raum betrachtet, gibt es 3 verschiedene Möglichkeiten wie diese zueinander stehen können: 1. Die Gerade liegt in der Ebene. 2. Die Gerade ist echt parallel zur Ebene. 3. Die Gerade schneidet die Ebene in einem Punkt S S. Vorgehensweise Um die Lagebeziehung zwischen einer Geraden und einer Ebene zu bestimmen, ist es empfehlenswert wenn man eine Parametergleichung der Geraden und eine Koordinatengleichung der Ebene verwendet. Gegeben sind eine Gerade g: X ⃗ = A ⃗ + r ⋅ u ⃗ g:\: \vec X= \vec A+r\cdot \vec u und eine Ebene E E in Koordinatenform E: n 1 x 1 + n 2 x 2 + n 3 x 3 = n 0 E:n_1x_1+n_2x_2+n_3x_3=n_0 mit n ⃗ = ( n 1 n 2 n 3) \vec n=\begin{pmatrix}n_1\\n_2\\n_3\end{pmatrix}. 1. Entscheidung über die gegenseitige Lage von g g und E E Man betrachtet das Skalarprodukt zwischen dem Normalenvektor n ⃗ \vec n der Ebene E E und dem Richtungsvektor u ⃗ \vec u der Geraden g g. Das folgende Diagramm erläutert die Entscheidungsfindung.
Für die Lage einer Geraden zu einer Ebene gibt es 3 Möglichkeiten: Die Gerade liegt in der Ebene drinnen Die Gerade ist parallel zur Ebene Die Gerade schneidet die Ebene Möchtet ihr die Lage einer Geraden zu einer Ebene bestimmen, geht ihr Schritt für Schritt so vor: Stellt sicher, dass die Ebene in Koordinatenform ist und die Gerade in Parameterform, wenn nicht müsst ihr diese noch umformen. Wie das geht, findet ihr im Artikel zum Umformen von Ebenengleichungen. Setzt die Geradengleichung in die Ebenengleichung ein (dabei ist die erste Zeile der Geradengleichung x1, die zweite Zeile x2, die 3. Zeile x3. (Im Beispiel könnt ihr euch dies noch genauer anschauen) Löst diese Gleichung und dann gibt es 3 Möglichkeiten, was ihr erhaltet: Die Gleichung ist für alle λ erfüllt, dass bedeutet ihr erhaltet ein Ergebnis, das wahr ist egal für welches λ. Z. B. 1=1 oder 2=2. In diesem Fall liegt die Gerade in der Ebene. Die Gleichung ist für kein λ erfüllt, dass bedeutet ihr erhaltet ein Ergebnis, das falsch ist egal für welches λ.
Der Stützvektor der Ebene ist der Ortsvektor eines beliebigen Punktes der beiden Geraden, die die Ebene aufspannen. Die " Richtungs vektoren " einer Ebene werden als Spannvektoren bezeichnet. Sie sind Vielfache der Richtungsvektoren der aufspannenden Geraden. Punkt einer Ebene in Abhängigkeit der beiden Spannvektoren Lage einer Geraden bezogen zu einer Ebene Manchmal ist es von Interesse wie eine Gerade bezüglich einer Ebene verläuft. Im dreidimensionalen Raum gibt es dafür drei Möglichkeiten: Ebene und Gerade schneiden sich in einem Punkt. Ebene und Gerade schneiden sich in unendlich vielen Punkten. ⇔ Die Gerade verläuft in der Ebene. Ebene und Gerade schneiden sich nicht. ⇔ Die Gerade verläuft parallel zur Ebene. Man erhält eine Schnittgleichung, wenn man die Parameterform einer Geraden g mit der Parameterform einer Ebene E gleichsetzt. Gerade und Ebene schneiden sich Schnittgleichung bestimmen und umformen: LGS lösen: Schnittpunkt berechnen: Die Gerade g schneidet die Ebene E im Punkt: S(0|0|2) Gerade schneidet eine Ebene in einem Punkt Die Gerade liegt in der Ebene Das LGS hat unendlich viele Lösungen.
Es gibt drei Lagen, die eine Gerade und eine Ebene annehmen können. Man unterscheidet diese drei Fälle einfach in dem man die Schnittpunkte von Gerade und Ebene ausrechnet. Gerade und Ebene sind parallel, in dem Fall gibt es keine Schnittpunkte. Die Gerade liegt in der Ebene, in dem Fall gibt's unendlich viele Schnittpunkte. Es gibt einen Schnittpunkt. In dem Fall gibt's bei der Schnittpunktberechnung EINE Lösung.
Der Normalenvektor der Ebene ist n ⃗ = ( 2 2 1) \vec n=\begin{pmatrix}2\\2\\1\end{pmatrix} und sein Betrag ist: ∣ n ⃗ ∣ = 2 2 + 2 2 + 1 2 = 9 = 3 |\vec n|=\sqrt{2^2+2^2+1^2}=\sqrt{9}=3 Die Ebenengleichung muss also mit 1 3 \frac{1}{3} multipliziert werden. Berechne den Abstand der Geraden g g von der Ebene E E, indem du den Aufpunkt der Geraden P ( 1 ∣ 4 ∣ 1) P(1|4|1) in E H N F E_{HNF} einsetzt: Antwort: Der Abstand der Geraden g g zur Ebene E E beträgt 1 LE 1 \;\text{LE}. Lösung mit einer Hilfsgeraden 1. Stelle eine Hilfsgerade h h auf, die durch den Aufpunkt P P der Geraden g g verläuft und die orthogonal zur Ebene E E liegt. Der Normalenvektor der Ebene E E ist der Richtungsvektor der Hilfsgerade h h. Schneide die Hilfsgerade h h mit der Ebene E E. Setze dazu die Geradengleichung h h in die gegebene Ebenengleichung ein und löse die Gleichung nach dem Parameter r r auf. 3. Multipliziere den berechneten Parameter r r mit dem Normalenvektor n ⃗ \vec n. 4. Berechne den Betrag des Vektors r ⋅ n ⃗ r\cdot \vec n.
1 Antwort Willy1729 Junior Usermod Community-Experte Mathe 21. 12. 2017, 21:10 Hallo, die Ebene ist die x2x3-Ebene. Jeder Punkt, bei dem x1=0 ist, liegt in dieser Ebene. So liegt zum Beispiel g: t*(0/1/0), also die x2-Achse, innerhalb der Ebene, aber auch g: t*(0/a/b), wobei a und b frei wählbar sind. Herzliche Grüße, Willy 2 Kommentare 2 AkikoKaede Fragesteller 21. 2017, 21:12 Perfekt danke!!!! 1 Willy1729 21. 2017, 21:15 @AkikoKaede Bitte sehr. Wenn Du es noch allgemeiner haben möchtest: g: (0/a/b)+t*(0/c/d), dann hast Du auch die Geraden, die nicht durch den Ursprung gehen, dabei. 0
r \displaystyle r = = − 1 3 \displaystyle -\dfrac{1}{3} Multipliziere den berechneten Parameter r = − 1 3 r=-\frac{1}{3} mit dem Normalenvektor n ⃗ = ( 2 2 1) \vec n= \begin{pmatrix}2\\2\\1\end{pmatrix} und berechne den Betrag des Vektors r ⋅ n ⃗ r\cdot \vec n. Antwort: Der Abstand der Geraden g g zur Ebene E E beträgt 1 LE 1 \;\text{LE}. Dieses Werk steht unter der freien Lizenz CC BY-SA 4. 0. → Was bedeutet das?