Bestimme die Schnittmenge der in Parameter- und Normalenform gegebenen Ebenen.
E1â:x=â142ââ+râ â320ââ+sâ â0â21ââ Â undÂ
E2â:â2â3â6ââââxââ443âââ=0 .
FĂŒr diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Lagebeziehung von zwei Ebenen
ZunĂ€chst muss die Koordinatenform der Ebene E2â gebildet werden. Dazu ist das Skalarprodukt aus Normalenvektor n2â und dem Differenzvektor zu bilden:ï»ż
â2â3â6ââââx1âx2âx3âââââ2â3â6ââââ443ââ=0
â2x1ââ3x2ââ6x3ââ(8â12â18)=0
Daraus folgt die Koordinatenform:
E2â:2x1ââ3x2ââ6x3â+22=0
Die Parameterform von E1â besteht aus 3 Gleichungen fĂŒr x1â, x2â und x3â. Diese werden an die Stelle der 3 Koordinaten in E2â eingesetzt:ï»ż
2â (1+3r+0s)â3â (4+2râ2s)â6â (2+0r+s)+22=0
Die Klammern werden aufgelöst und passende Terme werden zusammengefasst:
2+6râ12â6r+6sâ12â6s+22=0â0=0
Das Ergebnis war: 0=0 . Das ist offensichtlich eine wahre Aussage. UnabhĂ€ngig von den Werten der Parameter r und s entsteht immer eine wahre Aussage. Daher mĂŒssen die Ebenen E1â und E2â identisch sein.
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Wandle E2â in Koordinatenform um. Nun können die drei Koordinaten (Zeilen) der Gleichung in Parameterform, also E1â in die Koordinatenform von E2â eingesetzt werden. Nach der Vereinfachung der Gleichung kann daran abgelesen werden, welche Lagebeziehung vorliegt!
E1â:x=ââ121ââ+râ â2â1â2ââ+sâ â214ââ  und E2â:â2â31ââââxââ101âââ=0
FĂŒr diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Lagebeziehung zweier Ebenen
1) Der allgemeine Ortsvektor der Ebene E1â wird in die Ebene E2â eingesetzt.
â2â31ââââââ121ââ+râ â2â1â2ââ+sâ â214ââââ101âââ=0Fasse die Vektoren in der eckigen Klammer zusammen:
â2â31ââââââ220ââ+râ â2â1â2ââ+sâ â214âââ=02) Das Skalarprodukt wird mit Hilfe des Distributivgesetzes ausmultipliziert.
â2â31âââââ220ââ+râ â2â1â2ââââ2â31ââ+sâ â214ââââ2â31ââ=0Berechne nun die einzelnen Skalarprodukte:
(2â (â2)+(â3)â 2+1â 0)+râ (2â 2+(â1)â (â3)+(â2)â 1)+sâ (2â 2+1â (â3)+4â 1)=0(â4â6+0)+râ (4+3â2)+sâ (4â3+4)=0(IâČ):â10+5r+5s=03) Anhand der erhaltenen Gleichung erkennst Du welche der drei möglichen Lagebeziehungen zwischen zwei Ebenen eintritt.
Du hast die Gleichung (IâČ) mit den beiden Parametern r und s erhalten. Diese Gleichung kannst Du nach einem der beiden Parameter auflösen, hier z.B. nach s.
(IâČâČ):s=2ârDu kannst nun die Gleichung (IâČâČ) in die Ebenengleichung E1â einsetzen:
g:x=ââ121ââ+râ â2â1â2ââ+(2âr)â â214ââ=ââ121ââ+2â â214ââ+râ â2â1â2ââ+(âr)â â214ââ=ââ1+42+21+8ââ+râ â2â2â1â1â2â4ââ=â349ââ+râ â0â2â6ââDu hast die Parameterform einer Geraden erhalten.
Antwort: Die Schnittmenge der beiden Ebenen E1â und E2â ist eine Gerade mit der Gleichung: g:x=â349ââ+râ â0â2â6ââ
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Du kannst die Aufgabe mit folgender Strategie lösen:
1) Setze den allgemeinen Ortsvektor der Ebene E1â in die Normalenform der Ebene E2â ein und fasse zusammen was zusammengefasst werden kann.
2) Das Skalarprodukt wird mit Hilfe des Distributivgesetzes ausmultipliziert.
3) Anhand der erhaltenen Gleichung erkennst Du welche der drei möglichen Lagebeziehungen zwischen zwei Ebenen eintritt.
E1â:x=â5â10ââ+râ â111ââ+sâ ââ111ââ Â und
E2â:â010ââââxââ32â7âââ=0
FĂŒr diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Lagebeziehung von zwei Ebenen
ZunĂ€chst muss die Koordinatenform der Ebene E2â gebildet werden. Rechne das Skalarprodukt aus.
E2â:â010âââxââ010ââââ32â7ââ=0
Daraus folgt die Koordinatenform:
E2â:0â x1â+1â x2â+0â x3ââ2=0
FĂŒr jede Koordinate x1â, x2â und x3â wird nun die entsprechende Zeile aus der Parameterform der Gleichung E1â eingesetzt. (Beim Lösen von Gleichungen wĂŒrde das als Einsetzverfahren bezeichnet werden.ï»ż)
Setze x1â=0; x2â=â1+r+s und x3â=0 in E2â ein:
1â (â1+r+s)â2=0
Die Klammer wird ausmultipliziert und die Gleichung wird nach dem Parameter r aufgelöst:
r=3âs
Durch Einsetzen dieser Beziehung r=3âs in E1â kann ein Parameter eliminiert werden. Es ergibt sich so die Parameterform einer Geraden.
Die Schnittmenge der beiden Ebenen ist also eine Gerade.ï»ż
g:x=â5â10ââ+(3âs)â â111ââ+sâ ââ111âââ
x=â5â10ââ+3â â111âââsâ â111ââ+sâ ââ111âââ
x=â823ââ+sâ ââ200ââ
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Beginne damit die Ebene E2â in die Koordinatenform umzuwandeln. Dann kannst du die Ebene E1â in E2â einsetzen und den Parameter finden, welcher zur Schnittgeraden fĂŒhrt.
E1â:x=â1â13ââ+râ â1â1â1ââ+sâ ââ12â1ââ  und E2â:â321âââxâ4=0
FĂŒr diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Lagebeziehung von zwei Ebenen
Die Ebene E2â in Koordinatenform lautet: 3â x1â+2â x2â+1â x3ââ4=0
Lies aus der Parameterform der Ebene E1â die Gleichungen fĂŒr die Koordinaten x1â, x2â und x3â ab.
x1â=1+râs;x2â=â1âr+2s und x3â=3ârâs
Einsetzen in E2â:
3â (1+râs)+2â (â1âr+2s)+1â (3ârâs)â4=0
Die Klammern werden aufgelöst und passende Terme werden zusammengefasst:
3+3râ3sâ2â2r+4s+3ârâsâ4=0â0=0
Dies ist eine wahre Aussage unabhÀngig von den Werten der Parameter. Das bedeutet, dass die Ebenen identisch sind. (Die Ebenen liegen aufeinander.)
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Einsetzen von E1â in E2â, den Parameter finden und einsetzen, um eine Schnittgerade zu bestimmen.
E1â:x=â211ââ+râ â111ââ+sâ â2â4â1ââ  und E2â:â11â2âââxâ3=0
FĂŒr diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Lage zweier Ebenen
Schnittmenge zweier Ebenen bestimmen
1) Wandle E2â in die Koordinatenform um.
Rechne das Skalarprodukt aus.
E2â:â11â2ââââx1âx2âx3ââââ3=0â1â x1â+1â x2ââ2â x3ââ3=0
2) Lies aus der Parameterform der Ebene E1â die Gleichungen fĂŒr die Koordinaten x1â, x2â und x3â ab.
x1â=2+r+2s,x2â=1+râ4s,x3â=1+râs3) Setze die Gleichungen fĂŒr x1â, x2â und x3â in die Koordinatenform von E2â ein.
1â (2+r+2s)+1â (1+râ4s)â2â (1+râs)â3=0Löse die Klammern auf und fasse zusammen. Du erhĂ€lst folgende Gleichung:
0â r+0â sâ2=0ââ2=04) Anhand der erhaltenen Gleichung erkennst Du welche der drei möglichen Lagebeziehungen zwischen zwei Ebenen eintritt.
Du hast die Gleichung â2=0 erhalten. Dies ist eine falsche Aussage. Es gibt keine gemeinsame Schnittmenge zwischen den beiden Ebenen. Das bedeutet, dass die beiden Ebenen parallel zueinander sind.
Antwort: Die beiden Ebenen E1ââ und E2â sind parallel zueinander.
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Du kannst die Aufgabe mit folgender Strategie lösen:
1) Wandle E2â in die Koordinatenform um.
2) Lies aus der Parameterform der Ebene E1â die Gleichungen fĂŒr die Koordinaten x1â, x2â und x3â ab.
3) Setze die Gleichungen fĂŒr x1â, x2â und x3â in die Koordinatenform von E2â ein.
4) Anhand der erhaltenen Gleichung erkennst Du welche der drei möglichen Lagebeziehungen zwischen zwei Ebenen eintritt.
E1â:x=â131ââ+râ â210ââ+sâ â1â11ââ  und E2â:â111âââxâ5=0
FĂŒr diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Lage zweier Ebenen
Schnittmenge zweier Ebenen bestimmen
1) Wandle E2â in die Koordinatenform um.
Rechne das Skalarprodukt aus.
E2â:â111ââââx1âx2âx3ââââ5=0â1â x1â+1â x2â+1â x3ââ5=02) Lies aus der Parameterform der Ebene E1â die Gleichungen fĂŒr die Koordinaten x1â, x2â und x3â ab.
x1â=1+2r+s,x2â=3+râs,x3â=1+s3) Setze die Gleichungen fĂŒr x1â, x2â und x3â in die Koordinatenform von E2â ein.
1â (1+2r+s)+1â (3+râs)+1â (1+s)â5=0Löse die Klammern auf und fasse zusammen. Du erhĂ€lst folgende Gleichung:
5+3r+sâ5=0âs=â3r4) Anhand der erhaltenen Gleichung erkennst Du welche der drei möglichen Lagebeziehungen zwischen zwei Ebenen eintritt.
Setze nun die Gleichung s=â3r in die Ebenengleichung E1â ein und fasse zusammen:
g:x=â131ââ+râ â210ââ+(â3r)â â1â11ââ=â131ââ+râ â2â31+30â3ââ=â131ââ+râ ââ14â3ââDu hast die Parameterform einer Geraden erhalten.
Antwort: Die Schnittmenge der beiden Ebenen E1ââ und E2â ist eine Gerade mit der Gleichung g:x=â131ââ+râ ââ14â3ââ
Hast du eine Frage oder Feedback?
Du kannst die Aufgabe mit folgender Strategie lösen:
1) Wandle E2â in die Koordinatenform um.
2) Lies aus der Parameterform der Ebene E1â die Gleichungen fĂŒr die Koordinaten x1â, x2â und x3â ab.
3) Setze die Gleichungen fĂŒr x1â, x2â und x3â in die Koordinatenform von E2â ein.
4) Anhand der erhaltenen Gleichung erkennst Du welche der drei möglichen Lagebeziehungen zwischen zwei Ebenen eintritt.