Lerne mit diesen Aufgaben, die Darstellungsformen von Ebenen umzuwandeln. Schaffst du sie alle?
Wandle die folgenden Ebenen von Parameterform in Normalenform um.
E:x→=(103)+λ⋅(−12−2)+μ⋅(121)
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ebene von Parameterform in Normalenform umwandeln
Berechne zuerst den Normalenvektor der Ebene als Kreuzprodukt der beiden Richtungsvektoren:
n→=(−12−2)×(121)=(6−1−4)
Wähle den Punkt A mit dem Ortsvektor a→=(103) als Aufpunkt der Ebene.
E:n→∘[x→−a→]=0
Setze n→ und a→ ein.
E:(6−1−4)∘[(x1x2x3)−(103)]=0
E:x→=(012)+λ⋅(321)+μ⋅(−102)
n→=(321)×(−102)=(4−72)
Wähle den Punkt A mit dem Ortsvektor a→=(012) als Aufpunkt der Ebene.
E:(4−72)∘[(x1x2x3)−(012)]=0
E:x→=λ⋅(103)+μ⋅(−120)
n→=(103)×(−120)=(−6−32)
Wähle den Punkt Koordinatenursprung als Aufpunkt der Ebene.
E:n→∘[x→−0→]=0
E:(−6−32)∘[(x1x2x3)−(000)]=0
⇔E:(−6−32)∘(x1x2x3)=0
E:x→=(11−1)+λ⋅(012)+μ⋅(−120)
n→=(012)×(−120)=(−4−21)
Wähle den Punkt A mit dem Ortsvektor a→=(11−1) als Aufpunkt der Ebene.
E:(−4−21)∘[(x1x2x3)−(11−1)]=0
E:x→=(312)+λ⋅(−12−1)+μ⋅(121)
n→=(−12−1)×(121)=(40−4)
Klammere 14 aus, um einen möglichst einfachen Normalenvektor zu erhalten.
⇒n→=(10−1)
Wähle den Punkt A mit dem Ortsvektor a→=(312) als Aufpunkt der Ebene.
E:(10−1)∘[(x1x2x3)−(312)]=0
E:x→=(222)+λ⋅(30−1)+μ⋅(102)
(Hinweis: Die Ebene ist parallel zur x1x3−Ebene)
Klammere −7 aus, um einen möglichst einfachen Normalenvektor zu erhalten.
⇒n→=(010)
Wähle den Punkt A mit dem Ortsvektor a→=(222) als Aufpunkt der Ebene.
E:(010)∘[(x1x2x3)−(222)]=0
E:x→=(40800)+λ⋅(−20−2010)+μ⋅(151020)
Berechne zuerst den Normalenvektor der Ebene als
Kreuzprodukt der beiden Richtungsvektoren:
n→=(−20−2010)×(151020)=(−500550100)
Klammere 50 aus, um einen möglichst einfachen Normalenvektor zu erhalten.
⇒n→=(−10112)
Alternative: Meistens ist es einfacher, zuerst die
Richtungsvektoren der Ebene zu vereinfachen
und dann erst das Kreuzprodukt zu berechnen.
Klammere im ersten Richtungsvektor 10 und im zweiten Richtungsvektor 5 aus.
n→=(−2−21)×(324)=(−10112)
Wähle den Punkt A mit dem Ortsvektor a→=(40800)
als Aufpunkt der Ebene.
E:(−10112)∘[(x1x2x3)−(40800)]=0
Wandle die folgenden Ebenen von Normalenform in Koordinatenform um.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Musterbeispiel
Multipliziere die Klammern mit Hilfe des Distributivgesetzes aus und berechne das Skalarprodukt.
E:6x1−6−x2−4x3+12=0
Fasse zusammen.
E:6x1−x2−4x3+6=0
Berechne zunächst das Skalarprodukt :
E:4⋅x1+(−7)⋅(x2−1)+2⋅(x3−2)=0
Multipliziere nun die Klammern mit Hilfe des Distributivgesetzes aus:
E:4x1−7x2+7+2x3−4=0
Fasse zusammen:
E:4x1−7x2+2x3+3=0
E:(−6−32)∘(x1x2x3)=0
Der zweite Faktor enthält keine Differenz. Berechne daher nur das Skalarprodukt :
E:−6x1−3x2+2x3=0|⋅(−1)
E:−6x1+3x2−2x3=0
Berechne das Skalarprodukt :
E:−4⋅(x1−1)+(−2)⋅(x2−1)+1⋅(x3+1)=0
Multipliziere die Klammern mit Hilfe des Distributivgesetzes aus:
E:−4x1+4−2x2+2+x3+1=0
E:−4x1−2x2+x3+7=0
E:1⋅(x1−3)+(−1)⋅(x3−2)=0
E:x1−3−x3+2=0
E:x1−x3−1=0
E:1⋅(x2−2)=0
E:x2−2=0
(Hinweis: Die Ebene ist parallel zur x1−x3−Ebene )
E:(−500550100)∘[(x1x2x3)−(40800)]=0
Berechne das Skalarprodukt .
E:−500⋅(x1−40)+550⋅(x2−80)+100⋅x3=0
Multipliziere die Klammern mit Hilfe des Distributivgesetzes aus.
E:−500x1+20000+550x2−44000+100x3=0
E:−500x1+550x2+100x3−24000=0
Um die Gleichung noch zu vereinfachen, kann man sie auf beide Seiten durch 50 dividieren.
E:−10x1+11x2+2x3−480=0
Alternative Lösung:
Meistens ist es einfacher, zuerst den Normalenvektor der Ebene zu vereinfachen und dann erst das Skalarprodukt zu berechnen.
Klammere 50 im Normalenvektor aus, teile durch 50 und berechne dann das Skalarprodukt:
E:(−101122)∘[(x1x2x3)−(40800)]=0
E:−10⋅(x1−40)+11⋅(x2−80)+2⋅x3=0
E:−10x1+400+11x2−880+2x3=0
Wandle die folgenden Ebenen von Koordinatenform in Parameterform um.
E:2x1−x2+3x3−5=0
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ebenendarstellung
Löse die Ebenengleichung nach x3 auf:
x3=−23x1+13x2+53
Ersetze x1 durch λ und x2 durch μ .
x3=−23λ+13μ+53
Schreibe x1, x2 und x3 passend übereinander.
x1=0+1⋅λ+0⋅μx2=0+0⋅λ+1⋅μx3=53−23⋅λ+13⋅μ
Lese den Aufpunkt und die Richtungsvektoren ab.
E:x→=(0053)+λ⋅(10−23)+μ⋅(0113)
Die beiden Richtungsvektoren können noch mit 3 multipliziert werden.
E:x→=(0053)+λ⋅(30−2)+μ⋅(031)
E:−x1+2x2+4x3=0
x3=14x1−12x2
x3=14λ−12μ
x1=0+1⋅λ+0⋅μx2=0+0⋅λ+1⋅μx3=0+14⋅λ−12⋅μ
E:x→=(000)+λ⋅(1014)+μ⋅(01−12)
Die beiden Richtungsvektoren können noch mit 4 bzw. 2 multipliziert werden.
E:x→=(000)+λ⋅(401)+μ⋅(02−1)
E:x→=λ⋅(401)+μ⋅(02−1)
E:3x1+4x3−5=0
x3=−34x1+54
Ersetze x1 durch λ und setze x2=μ.
x3=−34λ+54
x1=0+1⋅λ+0⋅μx2=0+0⋅λ+1⋅μx3=54−34⋅λ+0⋅μ
E:x→=(0054)+λ⋅(10−34)+μ⋅(010)
Die erste Richtungsvektor kann noch mit 4 multipliziert werden.
E:x→=(0054)+λ⋅(40−3)+μ⋅(010)
E:2x1+3x2−1=0
Die Ebenengleichung kann nicht nach x3 aufgelöst werden. Löse deshalb nach x2 auf:
x2=−23x1+13
Ersetze x1 durch λ und setze x3=μ.
x2=−23λ+13
x1=0+1⋅λ+0⋅μx2=13−23λ+0⋅μx3=0+0⋅λ+1⋅μ
E:x→=(0130)+λ⋅(1−230)+μ⋅(001)
Die erste Richtungsvektor kann noch mit 3 multipliziert werden.
E:x→=(0130)+λ⋅(3−20)+μ⋅(001)
E:2x2−3=0
x2=32
Setze x1=λ und x3=μ und schreibe x1, x2 und x3 passend übereinander.
x1=0+1⋅λ+0⋅μx2=32+0⋅λ+0⋅μx3=0+0⋅λ+1⋅μ
E:x→=(0320)+λ⋅(100)+μ⋅(001)