Bestimme die Koordinaten eines Punktes, der von den beiden Ebenen
E1:2x1+2x2−x3=6 und E2:−6x1−9x2−2x3=22 den gleichen Abstand hat.
Tipp: Es gibt sehr viele Punkte dieser Art.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Hessesche Normalenform
Wandle beide Ebenen in die Hessesche Normalenform um:
EHNF1:22+22+122x1+2x2−x3−6=0 ⇒EHNF1:32x1+2x2−x3−6=0
EHNF2:(−6)2+(−9)2+(−2)2−6x1−9x2−2x3−22=0 ⇒EHNF2:11−6x1−9x2−2x3−22=0
Für den Abstand eines Punktes P(p1∣p2∣p3) von einer Ebene gilt allgemein:
d(P,E)=a2+b2+c2a⋅p1+b⋅p2+c⋅p3−d
Setzt du den Koordinatenursprung O(0∣0∣0) in die Hesseschen Normalenformen der beiden Ebenen ein, so erhältst du in beiden Fällen den Abstand 2.
Rechnerischer Nachweis:
Für die Ebene E1 folgt:
d(O,E1) | = | 32x1+2x2−x3−6 | |
↓ | Setze O(0∣0∣0) ein. | ||
= | 32⋅0+2⋅0−0−6 | ||
↓ | Vereinfache. | ||
= | 3−6 | ||
↓ | Kürze und berechne den Betrag. | ||
= | 2 |
Für die Ebene E2 folgt:
d(O,E2) | = | 11−6x1−9x2−2x3−22 | |
↓ | Setze O(0∣0∣0) ein. | ||
= | 11−6⋅0−9⋅0−2⋅0−22 | ||
↓ | Vereinfache. | ||
= | 11−22 | ||
↓ | Kürze und berechne den Betrag. | ||
= | 2 |
Beide Ebenen haben den Abstand 2 vom Koordinatenursprung. Also ist O(0∣0∣0) so ein gesuchter Punkt.
Alternative Lösung:
Setze E1=E2
32x1+2x2−x3−6 | = | 11−6x1−9x2−2x3−22 | ⋅33 |
↓ | Beseitige die Nenner durch Multiplikation mit dem Hauptnenner. | ||
32x1+2x2−x3−6⋅33 | = | 11−6x1−9x2−2x3−22⋅33 | |
↓ | Kürze und vereinfache. | ||
22x1+22x2−11x3−66 | = | −18x1−27x2−6x3−66 | +18x1+27x2+6x3+66 |
↓ | Bringe alle Terme auf eine Seite. | ||
40x1+49x2−5x3 | = | 0 |
Du hast die Gleichung 40x1+49x2−5x3=0 erhalten. Jeder Punkt, der diese Gleichung erfüllt, hat von beiden Ebenen den gleichen Abstand.
Z.B. der Punkt P(1∣0∣8) erfüllt die gefundene Gleichung:
40x1+49x2−5x3 | = | 0 | |
↓ | Setze P(1∣0∣8) ein. | ||
40⋅1+49⋅0−5⋅8 | = | 0 | |
40+0−40 | = | 0 | |
0 | = | 0✓ |
Setzt du P(1∣0∣8) in die Gleichung für die Abstandsberechnung eines Punktes von einer Ebene ein, so erhältst du bei beiden Ebenen den Abstand 4.
Also ist auch P(1∣0∣8) so ein gesuchter Punkt.
Anmerkung: Man findet noch viele weitere Punkte, die von beiden Ebenen den gleichen Abstand haben.
Graphische Darstellung mithilfe des Applets
Mit der rechten Maustaste können die Ebenen gedreht werden.