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Die Gerade g kann dann entweder in der Ebene E liegen oder echt parallel zur Ebene E sein. Abbildung 4: Beziehung von Gerade und Ebene Wenn das Skalarprodukt 0 ist, folgt noch ein zweiter Schritt. Du überprüfst jetzt, ob der Aufpunkt der Gerade in der Ebene liegt. Dies wird auch als Punktprobe bezeichnet. Dazu setzt du den Aufpunkt in die Ebenengleichung ein. Schau dir das an einem Beispiel genauer an: Aufgabe Bestimme die Lagebeziehung der Gerade und der Ebene und gib gegebenenfalls den Schnittpunkt an. Lösung 1. Schritt: Überprüfe, ob das Skalarprodukt des Normalenvektors und des Richtungsvektors 0 ergibt. Das Skalarprodukt der beiden Vektoren ist 0. 2. Schritt: Überprüfe, ob der Aufpunkt der Gerade in der Ebene liegt. Setze den Aufpunkt der Gerade in die Ebenengleichung ein. Da die Ebenengleichung nicht erfüllt ist, ist der Aufpunkt nicht Teil der Ebene (). Die Gerade ist echt parallel zur Ebene E. Methode Lagebeziehung Gerade Ebene bestimmen Es gibt eine weitere Methode, wie du die Lagebeziehung von Gerade und Ebene bestimmen kannst.
Abbildung 5: Schema zur Bestimmung der Lagebeziehung von Gerade und Ebene Wie du dieses Schema anwenden kannst, siehst du im folgenden Beispiel: Aufgabe Bestimme die Lagebeziehung der Gerade und der Ebene und gib gegebenenfalls den Schnittpunkt an. Schritt: Geradengleichung in Ebenengleichung einsetzen Du setzt die Geradengleichung in die Ebenengleichung ein. Schritt: Lösungen der Gleichung berechnen Die Gleichung von oben löst du jetzt nach auf. Hier gibt es genau eine Lösung. Deshalb weißt du, dass Gerade und Ebene sich schneiden. 3. Schritt: Schnittpunkt berechnen Den Wert, den du für berechnet hast, setzt du jetzt in die Geradengleichung ein, um den Schnittpunkt zu berechnen: Der Schnittpunkt der Gerade und der Ebene hat die Koordinaten. Methode Lagebeziehung Gerade Ebene bestimmen Bei der dritten Methode liegen die Ebene und die Gerade in Parameterform vor. Die Ebenengleichung und die Geradengleichung werden gleichgesetzt: Dadurch entsteht ein lineares Gleichungssystem mit drei Gleichungen und drei Variablen ().
Darstellungsform Ebenengleichung Beschreibung Koordinatenform der Ebene Normalenvektor: Parameterform der Ebene Aufpunkt/ Stützvektor: Richtungsvektoren: und Normalenform der Ebene Aufpunkt/ Stützvektor: Normalenvektor: Die Gerade g wird bei den verschiedenen Methoden stets in Parameterform benötigt. 1. Methode Lagebeziehung Gerade Ebene bestimmen Bei dieser Methode muss die Ebene E in Koordinatenform und die Gerade g in Parameterform gegeben sein. Wenn du diese Methode zur Bestimmung der Lagebeziehung anwendest, beginnst du damit, dass du überprüfst, ob der Normalenvektor der Ebene und der Richtungsvektor der Gerade senkrecht aufeinander stehen. Doch wann stehen zwei Vektoren senkrecht aufeinander? Zwei Vektoren und stehen genau dann senkrecht aufeinander, wenn das Skalarprodukt der beiden Vektoren 0 ist. Mathematisch schreibt man das folgendermaßen: Du berechnest also das Skalarprodukt des Normalenvektors der Ebene und des Richtungsvektors der Gerade:. Wenn das Skalarprodukt der beiden Vektoren 0 ist (), stehen der Normalenvektor und der Richtungsvektor senkrecht aufeinander.
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Bei dieser Methode benötigst du ebenfalls die Ebene E in Koordinatenform und die Gerade g in Parameterform. Wenn du die Geradengleichung ausschreibst, dann ist das nichts anderes als:. Jetzt musst du die rechte Seite der Geradengleichung in die Ebenengleichung einsetzen. Durch das Einsetzen der Geradengleichung in die Ebenengleichung berechnest du die Schnittpunkte von Gerade und Ebene. Wie das geht, siehst du leichter, wenn du die Geradengleichung umformst:. Durch Einsetzen in die Ebenengleichung erhältst du:. Beim zweiten Schritt versuchst du, diese Gleichung nach aufzulösen. Es gibt drei Möglichkeiten: Die Gleichung hat keine Lösung → Ebene und Gerade haben keinen Schnittpunkt → Ebene und Gerade sind parallel Die Gleichung hat eine Lösung → Ebene und Gerade haben einen Schnittpunkt → Ebene und Gerade schneiden sich Die Gleichung hat unendlich viele Lösungen → Ebene und Gerade haben unendlich viele Schnittpunkte → Gerade liegt in Ebene In der Abbildung siehst du nochmal schematisch, wie du bei dieser Methode vergehen musst.
Aloha:) Wir berechnen zunächst den Schnittpunkt \(S\) von Gerade \(g\) und Ebene \(E_2\). $$4\stackrel{! }{=}\left(\begin{array}{c}-2\\9\\3\end{array}\right)\vec x=\left(\begin{array}{c}-2\\9\\3\end{array}\right)\cdot\left[\left(\begin{array}{c}2\\1\\2\end{array}\right)+\eta\left(\begin{array}{c}3\\-1\\-1\end{array}\right)\right]=11-18\eta\;\;\Rightarrow\;\;\eta=\frac{7}{18}$$Der Schnittpunkt ist daher:$$S\left(\frac{57}{18}, \frac{11}{18}, \frac{29}{18}\right)$$ Der Normalenvektor von \(E_2\) ist \((-2|9|3)\). Der Richtungsvektor der Geraden ist \((3|-1|-1)\).
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