Schnittwinkel zwischen zwei Geraden Seien , \overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf u}\boldsymbol,\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf v}u â , v â die Richtungsvektoren der Geraden .
Dann lÀsst sich der Schnittwinkel α \alphaα so berechnen:
c o s â α = ⣠â ⣠⣠⣠â
⣠⣠{\mathbf{cos}\,\mathbf\alpha\boldsymbol=\frac{\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf u}\boldsymbol\circ\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf v}\right|}{\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf u}\right|\boldsymbol\cdot\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf v}\right|}}cos α = â u â â â
â v â â â u â â v â â â
Beispiel Gegeben sind zwei sich schneidende Geraden g und h:
g : X â = ( 2 0 5 ) + r â
( 1 3 5 ) g: \vec X=\begin{pmatrix}2\\0\\5\end{pmatrix}+r\cdot\begin{pmatrix}1 \\3 \\ 5\end{pmatrix}g : X = â 2 0 5 â â + r â
â 1 3 5 â â und h : X â = ( 2 0 5 ) + s â
( 2 â 3 4 ) h: \vec X=\begin{pmatrix}2\\0\\5\end{pmatrix}+s\cdot\begin{pmatrix}2 \\-3 \\ 4\end{pmatrix}h : X = â 2 0 5 â â + s â
â 2 â 3 4 â â :
Berechne den Schnittwinkel α \alphaα .
FĂŒr die Winkelberechnung der beiden Geraden benötigst du ihre Richtungsvektoren und deren BetrĂ€ge .
g : â
â u â = ( 1 3 5 ) g:\;\vec u=\begin{pmatrix}1 \\3 \\ 5\end{pmatrix}g : u = â 1 3 5 â â , ⣠u â ⣠= 1 2 + 3 2 + 5 2 = 35 |\vec{u}|=\sqrt{1^2+3^2+5^2}=\sqrt{35}⣠u ⣠= 1 2 + 3 2 + 5 2 â = 35 â
h : â
â v â = ( 2 â 3 4 ) h:\;\vec v=\begin{pmatrix}2 \\-3 \\ 4\end{pmatrix}h : v = â 2 â 3 4 â â , ⣠v â ⣠= 2 2 + ( â 3 ) 2 + 4 2 = 29 |\vec{v}|=\sqrt{2^2+(-3)^2+4^2}=\sqrt{29}⣠v ⣠= 2 2 + ( â 3 ) 2 + 4 2 â = 29 â
cos ⥠â
â α \displaystyle \cos\;\alphacos α = == ⣠u â â v â ⣠⣠u â ⣠â
⣠v ⣠\displaystyle \dfrac{|\vec u\circ \vec v|}{|\vec u|\cdot |v|}⣠u ⣠â
⣠v ⣠⣠u â v ⣠â â Setze die Vektoren und ihre BetrĂ€ge ein.
= == ⣠( 1 3 5 ) â ( 2 â 3 4 ) ⣠35 â
29 \displaystyle \dfrac{\left|\begin{pmatrix}1 \\3 \\ 5\end{pmatrix}\circ \begin{pmatrix}2 \\-3 \\ 4\end{pmatrix}\right|}{\sqrt{35}\cdot \sqrt{29}}35 â â
29 â â â 1 3 5 â â â â 2 â 3 4 â â â â â Berechne das Skalarprodukt und vereinfache.
= == ⣠2 â 9 + 20 ⣠1015 \displaystyle \dfrac{\left|2-9+20\right|}{\sqrt{1015}}1015 â ⣠2 â 9 + 20 ⣠â â Vereinfache.
= == ⣠13 ⣠1015 \displaystyle \dfrac{\left|13\right|}{\sqrt{1015}}1015 â ⣠13 ⣠â â Berechne den Betrag
â ââ 0,4080 \displaystyle 0{,}40800 , 4080
Du hast die Gleichung cos ⥠â
â α = 0,4080 \cos\;\alpha=0{,}4080cos α = 0 , 4080 erhalten. Durch Anwendung der Umkehrfunktion des Kosinus kannst du den Winkel α \alphaα berechnen. Benutze auf dem Taschenrechner die Funktion cos ⥠â 1 ( x ) \cos^{-1}(x)cos â 1 ( x ) .
α = arccos ⥠( 0,4080 ) â 65,92 â \alpha=\arccos(0{,}4080)\approx 65{,}92^\circα = arccos ( 0 , 4080 ) â 65 , 9 2 â
Antwort: Der Schnittwinkel zwischen den beiden Geraden betrĂ€gt rund 65,9 â 65{,}9^\circ65 , 9 â .
Schnittwinkel zwischen Ebene und Gerade Dann kann der Schnittwinkel α \alphaα so berechnet werden:
s i n â α = ⣠â ⣠⣠⣠â
⣠⣠{\mathbf{sin}\,\mathbf\alpha\boldsymbol=\frac{\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf n}\boldsymbol\circ\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf u}\right|}{\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf n}\right|\boldsymbol\cdot\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf u}\right|}}sin α = â n â â â
â u â â â n â â u â â â
Eine weitere Möglichkeit ist, c o s ( 90 â â α ) = s i n α = ⣠â ⣠⣠⣠â
⣠⣠\mathbf{cos}\boldsymbol(\mathbf{90^\circ}\boldsymbol-\mathbf\alpha\boldsymbol)\boldsymbol=\mathbf{sin}\mathbf\alpha\boldsymbol=\frac{\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf n}\boldsymbol\circ\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf u}\right|}{\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf n}\right|\boldsymbol\cdot\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf u}\right|}cos ( 9 0 â â α ) = sin α = â n â â â
â u â â â n â â u â â â auszurechnen.
Beispiel Gegeben sind eine Geraden g und eine Ebene E EE :
g : X â = ( 2 0 5 ) + s â
( 2 â 3 4 ) g: \vec X=\begin{pmatrix}2\\0\\5\end{pmatrix}+s\cdot\begin{pmatrix}2 \\-3 \\ 4\end{pmatrix}g : X = â 2 0 5 â â + s â
â 2 â 3 4 â â und E : â
â 2 x 1 â x 2 + 3 x 3 = 4 E: \;2x_1-x_2+3x_3=4 E : 2 x 1 â â x 2 â + 3 x 3 â = 4
Berechne den Schnittwinkel α \alphaα .
FĂŒr die Winkelberechnung zwischen Gerade g gg und Ebene E EE benötigst du von der Geraden den Richtungsvektor und dessen Betrag und von der Ebene den Normalenvektor n â \vec nn und dessen Betrag.
g : â
â v â = ( 2 â 3 4 ) g:\;\vec v=\begin{pmatrix}2 \\-3 \\ 4\end{pmatrix}g : v = â 2 â 3 4 â â , ⣠v â ⣠= 2 2 + ( â 3 ) 2 + 4 2 = 29 |\vec{v}|=\sqrt{2^2+(-3)^2+4^2}=\sqrt{29}⣠v ⣠= 2 2 + ( â 3 ) 2 + 4 2 â = 29 â
E : â
â n â = ( 2 â 1 3 ) E:\;\vec n=\begin{pmatrix}2\\-1\\3\end{pmatrix} E : n = â 2 â 1 3 â â , ⣠n â ⣠= 2 2 + ( â 1 ) 2 + 3 2 = 4 + 1 + 9 = 14 |\vec n|=\sqrt{2^2+(-1)^2+3^2} =\sqrt{4+1+9}= \sqrt{14}⣠n ⣠= 2 2 + ( â 1 ) 2 + 3 2 â = 4 + 1 + 9 â = 14 â
Setze in die oben genannte Formel ein:
sin ⥠â
â α \displaystyle \sin\;\alphasin α = == ⣠n â â u â ⣠⣠n â ⣠â
⣠u ⣠\displaystyle \dfrac{|\vec n\circ \vec u|}{|\vec n|\cdot |u|}⣠n ⣠â
⣠u ⣠⣠n â u ⣠â â Setze die Vektoren und ihre BetrĂ€ge ein.
= == ⣠( 2 â 1 3 ) â ( 2 â 3 4 ) ⣠14 â
29 \displaystyle \dfrac{\left|\begin{pmatrix}2\\-1\\3\end{pmatrix}\circ \begin{pmatrix}2 \\-3 \\ 4\end{pmatrix}\right|}{\sqrt{14}\cdot \sqrt{29}}14 â â
29 â â â 2 â 1 3 â â â â 2 â 3 4 â â â â â Berechne das Skalarprodukt und vereinfache.
= == ⣠4 + 3 + 12 ⣠406 \displaystyle \dfrac{\left|4+3+12\right|}{\sqrt{406}}406 â ⣠4 + 3 + 12 ⣠â â Vereinfache.
= == ⣠19 ⣠406 \displaystyle \dfrac{\left|19\right|}{\sqrt{406}}406 â ⣠19 ⣠â â Berechne den Betrag.
â ââ 0,9430 \displaystyle 0{,}94300 , 9430
Du hast die Gleichung sin ⥠â
â α = 0,9430 \sin\;\alpha=0{,}9430sin α = 0 , 9430 erhalten. Durch Anwendung der Umkehrfunktion des Sinus kannst du den Winkel α \alphaα berechnen. Benutze auf dem Taschenrechner die Funktion sin ⥠â 1 ( x ) \sin^{-1}(x)sin â 1 ( x ) .
α = arcsin ⥠( 0,9430 ) â 70,56 â \alpha=\arcsin\left(0{,}9430\right)\approx 70{,}56^\circα = arcsin ( 0 , 9430 ) â 70 , 5 6 â
Antwort: Der Schnittwinkel α \alphaα zwischen der Geraden und der Ebene betrĂ€gt rund 70,6 â 70{,}6^\circ70 , 6 â .
Schnittwinkel zwischen zwei Ebenen Seien n â , â
â m â \overrightarrow n,\;\overrightarrow mn , m die Normalenvektoren der Ebenen.
Dann lÀsst sich der Schnittwinkel α \alphaα so berechnen:
c o s â
â α â
â = â
â ⣠â
â â â
â ⣠⣠⣠â
⣠⣠{\mathbf{cos}\;\mathbf\alpha\;\boldsymbol=\;\frac{\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf n}\;\boldsymbol\circ\;\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf m}\right|}{\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf n}\right|\boldsymbol\cdot\left|\overset{\boldsymbol\rightarrow}{\mathbf m}\right|}}cos α = â n â â â
â m â â â n â â m â â â
Beispiel Gegeben sind zwei sich schneidende Ebenen E : â
â 2 x 1 â x 2 + 3 x 3 = 4 E: \;2x_1-x_2+3x_3=4 E : 2 x 1 â â x 2 â + 3 x 3 â = 4 und F : â
â x 1 â x 2 â x 3 = 2 F: \;x_1-x_2-x_3=2F : x 1 â â x 2 â â x 3 â = 2 . Berechne den Schnittwinkel α \alphaα .
FĂŒr die Winkelberechnung zwischen zwei Ebenen benötigst du von den Ebenen deren Normalenvektoren und deren BetrĂ€ge.
Lies die Normalenvektoren aus den Koordinatengleichungen ab:
n â = ( 2 â 1 3 ) \vec n=\begin{pmatrix}2\\-1\\3\end{pmatrix}n = â 2 â 1 3 â â und m â = ( 1 â 1 â 1 ) \vec m=\begin{pmatrix}1\\-1\\-1\end{pmatrix}m = â 1 â 1 â 1 â â
FĂŒr den Betrag von n â \vec nn gilt: ⣠n â ⣠= 2 2 + ( â 1 ) 2 + 3 2 = 4 + 1 + 9 = 14 |\vec n|=\sqrt{2^2+(-1)^2+3^2} =\sqrt{4+1+9}= \sqrt{14}⣠n ⣠= 2 2 + ( â 1 ) 2 + 3 2 â = 4 + 1 + 9 â = 14 â
FĂŒr den Betrag von m â \vec mm gilt: ⣠m â ⣠= 1 2 + ( â 1 ) 2 + ( â 1 ) 2 = 1 + 1 + 1 = 3 |\vec m|=\sqrt{1^2+(-1)^2+(-1)^2} =\sqrt{1+1+1}=\sqrt{3}⣠m ⣠= 1 2 + ( â 1 ) 2 + ( â 1 ) 2 â = 1 + 1 + 1 â = 3 â
Setze in die oben genannte Formel ein:
cos ⥠â α \displaystyle \cos\,\alphacos α = == ⣠n â â m â ⣠⣠n â ⣠â
⣠m â ⣠\displaystyle \dfrac{|\vec{n}\circ\vec{m}|}{|\vec{n}|\cdot|\vec{m}|}⣠n ⣠â
⣠m ⣠⣠n â m ⣠â â Setze die Vektoren und ihre BetrĂ€ge ein.
= == ⣠( 2 â 1 3 ) â ( 1 â 1 â 1 ) ⣠14 â
3 \displaystyle \dfrac{\left|\begin{pmatrix}2\\-1\\3\end{pmatrix}\circ\begin{pmatrix}1\\-1\\-1\end{pmatrix}\right|}{\sqrt{14}\cdot\sqrt{3}}14 â â
3 â â â 2 â 1 3 â â â â 1 â 1 â 1 â â â â â Berechne das Skalarprodukt und vereinfache.
= == ⣠2 + 1 â 3 ⣠42 \displaystyle \dfrac{\left|2+1-3\right|}{\sqrt{42}}42 â ⣠2 + 1 â 3 ⣠â â Vereinfache.
= == ⣠0 ⣠42 \displaystyle \dfrac{\left|0\right|}{\sqrt{42}}42 â ⣠0 ⣠â â Berechne den Betrag .
= == 0 \displaystyle 00
Du hast die Gleichung cos ⥠â
â α = 0 \cos\;\alpha=0cos α = 0 erhalten. Durch Anwendung der Umkehrfunktion des Kosinus kannst du den Winkel α \alphaα berechnen. Benutze auf dem Taschenrechner die Funktion cos ⥠â 1 ( x ) \cos^{-1}(x)cos â 1 ( x ) .
α = arccos ⥠( 0 ) = 90 â \alpha=\arccos\left(0\right)=90^\circα = arccos ( 0 ) = 9 0 â
Antwort: Der Schnittwinkel α \alphaα zwischen den beiden Ebenen betrĂ€gt 90 â 90^\circ9 0 â .
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