Gegeben ist folgende Ebene: $$ E: 3x_1 + 1x_2 - 5x_3 = -3 bzw. in Parameterdarstellung: E: \vec{x} = \begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 2 \end{pmatrix} + r \begin{pmatrix} 3 \\ 1 \\ 2 \end{pmatrix} + s \begin{pmatrix} 2 \\ -1 \\ 1 \end{pmatrix} Wir untersuchen, die Lage der Geraden $g$ zur Ebene. g: \vec{x} = \begin{pmatrix} 4 \\ -5 \\ -1 \end{pmatrix} + k \begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 2 \end{pmatrix} Wir untersuchen nicht erst auf Parallelität. Das sollten Sie aber i. d. Regel zuerst machen, weil es mit dem Normalenvektor schnell geht. Verfahren mit der Koordinatenform Am einfachsten untersuchen Sie die Lage der Gerade zur Ebene mit Hilfe der Koordinatenform der Ebene. Sie setzen die Geradengleichung in die Koordinatenform ein und lösen die entstehende Gleichung. Die Gerade: \begin{array}{rcl} x_1 &=& 4 + 2k \\ x_2 &=& -5 + 1k \\ x_3 &=& -1 + 2k \\ \end{array} Eingesetzt in die Koordinatenform: 3 \cdot (4+2k) + 1 \cdot (-5+k) + (-5) (-1+2k) &=& -3 \\ 12 + 6k -5 + k + 5 - 10k &=& -3 \\ 12 - 3k &=& -3 \\ -3k &=& -15 \\ k &=& 5 Es gibt einen Schnittpunkt zwischen der Gerade und der Ebene und der Schnittpunkt berechnet sich: S = \begin{pmatrix} 4 \\ -5 \\ -1 \end{pmatrix} + 5 \begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 14 \\ 0 \\ 9 \end{pmatrix} Verfahren mit der Parameterform Hier lösen wir ein Gleichungssystem (mit dem Gaussverfahren).
1. Einleitung Es gibt 3 mögliche Arten, wie Geraden und Ebenen zueinander liegen können. Aber nur bei in einem Fall gibt es einen richtigen Schnittpunkt: Gerade schneidet Ebene: Hier gibt es einen Schnittpunkt. Gerade liegt in Ebene: Hier gibt es keinen "richtigen" Schnittpunkt - sondern unendlich viele! Die ganze Gerade liegt in der Ebene, daher sind alle Punkte auf der Geraden Schnittpunkte. Gerade parallel zur Ebene: Kein einziger Schnittpunkt. Um herauszufinden, welcher dieser drei Fälle vorliegt kann man den Richtungsvektor der Geraden und den Normalenvektor der Ebene miteinander vergleichen. Danach müsste man auch noch einen Punkt der Geraden in die Ebene einsetzen. Das tut man aber nicht, denn das dauert schon fast genauso lange wie einfach direkt die Rechnung auszuführen (und wenn man herausfindet, dass ein Schnittpunkt vorliegt, dann muss man sowieso rechnen). Praktischerweise spiegeln sich auch alle drei möglichen Lagebeziehungen zwischen Ebene und Gerade im Ergebnis der Rechnung wieder.
= Umformen (Punkte auf die rechte Seite und Parameter links) r \begin{pmatrix} 3 \\ 1 \\ 2 \end{pmatrix} + k \begin{pmatrix} -2 \\ -1 \\ -2 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 2 \\ -6 \\ -3 \end{pmatrix} Dieses Gleichungssystem kann man mit dem Gaussverfahren lösen und erhält: $r = 2$, $s = 3$ und $k = 5$. Lösung als pdf. (TeX) Einsetzen von $k = 5$ in die Geradengleichung ergibt den Schnittpunkt. $$
Der gemeinsame Punkt ist der Schnittpunkt.
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