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Für die Bühnenbeleuchtung einer Theateraufführung an einer Beruflichen Oberschule wird ein Scheinwerfer (siehe Bild 1) installiert. Die Position des Scheinwerfers und der von ihm ausgeleuchtete Raum auf der Bühne wird modellhaft in einem kartesischen Koordinatensystem des R3 \mathbb{R}^3 beschrieben. Die x1x2x_1-x_2Ebene des Koordinatensystems wird durch den Bühnenboden festgelegt. Die rechteckige Glasfläche des Scheinwerfers hat die Ecken

A(2031)A(2|0|31), B(1230)B(-1|2|30), C(2029)C(-2|0|29) und D(1230)D(1|-2|30).

Bild

Die Vollausleuchtung mit dem

Scheinwerfer ohne Berücksichtigung des Halbschattens kann in guter Näherung durch den Körper PQRTABCDPQRTABCD (siehe

Bild 2) beschrieben werden.

Die Punkte P(13033130),P(\displaystyle\frac{130}{3} | \frac{31}{3}|0),

Q(6,524,50)Q(6{,}5|24{,}5|0), R(25,80)R(-2|5{,}8|0)

und T(23,55,90) T(23{,}5|-5{,}9|0)\ sind die

Eckpunkte der ausgeleuchteten Fläche PQRTPQRT auf dem Bühnenboden. Die Koordi-

naten sind Längenangaben in der Einheit Dezimeter ( dm\dm).

Auf die Mitführung von Einheiten während der Rechnungen kann verzichtet werden. Die Ergebnisse sind sinnvoll zu runden.

Bild
  1. Die Gerade gQBg_{QB} verläuft durch die Punkte QQ und BB. Die Gerade gRCg_{RC} verläuft durch die

    Punkte RR und CC. Die Geraden gQBg_{QB} und gRC_{RC} schneiden sich im Punkt SS. Berechnen Sie die Koordinaten des Punktes SS.

    [ Ergebnis: S(2134)S(-2|-1|34) ]

    BE: 6

  2. Stellen Sie eine Gleichung der Lotgeraden ll zur Ebene EE, in der sich die Glasfläche ABCD ABCD\ befindet, durch den Punkt SS auf und bestimmen Sie den Abstand des Punktes SS zur Ebene EE.

    [ Mögliches Teilergebnis: ll: x=(0030)+t (214)\vec{x} = \begin{pmatrix} 0 \\ 0\\ 30 \end{pmatrix}+t\ \begin{pmatrix} -2 \\ -1 \\ 4 \end{pmatrix} , tRt\in \mathbb{R} ]

    BE: 8

  3. Die Diagonalen des Vierecks PQRTPQRT schneiden sich im Punkt M(157,50)M(15|7{,}5|0).

    (Nachweis nicht erforderlich). Zeigen Sie, dass der Punkt MM auf der Geraden ll liegt. Berechnen Sie die Größe des Schnittwinkels der Geraden mit der x1x2x_1-x_2Koordinatenebene.

    BE: 4

  4. Der Scheinwerfer besitzt einen Flügelbegrenzer (siehe Bild 3). Der einzustellende Winkel soll für den rechten Flügel berechnet werden. Vereinfachend soll angenommen werden, dass der rechte Flügel in der

    Ebene FF liegt, die durch die PunkteB,AB,A und QQ festgelegt ist. Berechnen Sie die Größe des Schnittwinkels zwischen der Ebene EE und der Ebene FF.

    Bild

    Schließen Sie anschließend auf die Größe des einzustellenden Winkels β\beta zwischen der Glasfläche des Scheinwerfers und dem rechten Flügel des Flügelbegrenzers

    (siehe Bild 4).

    Bild

    BE: 5