M11 Vektoren: Unterschied zwischen den Versionen
(2 dazwischenliegende Versionen von einem Benutzer werden nicht angezeigt) | |||
Zeile 42: | Zeile 42: | ||
{{Merksatz|MERK=Der Betrag <math>| \vec v |</math> des Vektors <math>\vec v</math> ist die Länge seines Pfeils . <br> | {{Merksatz|MERK=Der Betrag <math>| \vec v |</math> des Vektors <math>\vec v</math> ist die Länge seines Pfeils . <br> | ||
− | Für <math>\vec v = \left ( \begin{array}{c} v_1 \\\ v_2 \\\ v_3 \end{array}\right) </math> ist <math> | \vec v | =\sqrt {v_1^2+v_2^2+v_3^2}</math> . | + | Für <math>\vec v = \left ( \begin{array}{c} v_1 \\\ v_2 \\\ v_3 \end{array}\right) </math> ist <math> | \vec v | =\sqrt {v_1^2+v_2^2+v_3^2}</math> . |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
+ | Hinweis: Die Länge eines Pfeils des Vektors ist die Länge der Diagonale eines Quaders mit den Koordinaten als Länge, Breite und Höhe. }} | ||
+ | {{Aufgaben-blau|2|2=Berechne den Betrag des Vektors<br> | ||
+ | a) <math> \left ( \begin{array}{c} -5 \\\ 3 \\\ -1 \end{array}\right)</math> b) <math> \left ( \begin{array}{c} -1 \\\ 6 \\\ 0 \end{array}\right)</math> c) <math>\left ( \begin{array}{c} 2 \\\ 4 \\\ -3 \end{array}\right) </math> d) <math>\left ( \begin{array}{c} 0 \\\ 0 \\\ 0 \end{array}\right) </math> e) <math>\left ( \begin{array}{c} 0 \\\ 4 \\\ -3 \end{array}\right) </math> }} | ||
+ | {{Lösung versteckt|1=a) <math>\left | \left ( \begin{array}{c} -5 \\\ 3 \\\ -1 \end{array}\right) \right | = \sqrt {35} </math>, b) <math> \left | \left ( \begin{array}{c} -1 \\\ 6 \\\ 0 \end{array}\right) \right | = \sqrt {37}</math>, c) <math> \left | \left ( \begin{array}{c} 2 \\\ 4 \\\ -3 \end{array}\right ) \right | = \sqrt {29}</math> , d) <math>\left | \left ( \begin{array}{c} 0 \\\ 0 \\\ 0 \end{array}\right) \right | = \sqrt {0} = 0</math>, e) <math>\left | \left ( \begin{array}{c} 0 \\\ 4 \\\ -3 \end{array}\right) \right | = \sqrt {25} = 5</math> }} | ||
+ | {{Aufgaben-blau|3|2=Buch S. 93 / 1 d, e | ||
+ | {{Lösung versteckt|1=d) <math>\vec {AB} = \vec B-\vec A = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ -4 \\\ 0 \end{array}\right) - \left ( \begin{array}{c} 2 \\\ -4 \\\ -5 \end{array}\right) = \left ( \begin{array}{c} 2 \\\ 0 \\\ 5 \end{array}\right)</math> <br> | ||
+ | <math>\vec {BA} = \vec A-\vec B = \left ( \begin{array}{c} 2 \\\ -4 \\\ -5 \end{array}\right) - \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ -4 \\\ 0 \end{array}\right) = \left ( \begin{array}{c} -2 \\\ 0 \\\ -5 \end{array}\right)</math> <br> | ||
+ | e) <math>\vec {AB} = \vec B-\vec A = \left ( \begin{array}{c} -4 \\\ -8 \\\ 0 \end{array}\right) - \left ( \begin{array}{c} 0 \\\ 8 \\\ -2 \end{array}\right) = \left ( \begin{array}{c} -4 \\\ -16 \\\ 2 \end{array} \right)</math> <br> | ||
+ | <math>\vec {BA} = \vec A-\vec B = \left ( \begin{array}{c} 2 \\\ 3 \\\ -5 \end{array}\right) - \left ( \begin{array}{c} -4 \\\ -8 \\\ 0 \end{array}\right) = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 16 \\\ -2 \end{array} \right)</math> | ||
+ | Es ist <math>\vec {BA} = -\vec {AB}</math> }} | ||
+ | Buch S. 93 / 2 | ||
+ | {{Lösung versteckt|1=a) <math>\vec {AB} = \vec B-\vec A = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 1 \\\ -2 \end{array}\right)</math>, also <math>\vec B - \left ( \begin{array}{c} 0 \\\ 3 \\\ 6 \end{array}\right) = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 1 \\\ -2 \end{array}\right)</math> oder <math>\left ( \begin{array}{c} b_1 \\\ b_2 \\\ b_3 \end{array}\right) - \left ( \begin{array}{c} 0 \\\ 3 \\\ 6 \end{array}\right) = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 1 \\\ -2 \end{array}\right)</math> liefert <math>b_1 = 4, b_2 = 4, b_3=4</math>. | ||
+ | b) <math>\vec {AB} = \vec B-\vec A = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 1 \\\ -2 \end{array}\right)</math>, also <math> \left ( \begin{array}{c} 2 \\\ 3 \\\ -5 \end{array}\right) - \vec A = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 1 \\\ -2 \end{array}\right)</math> oder <math>\left ( \begin{array}{c} 2 \\\ 3 \\\ -5 \end{array}\right) -\left ( \begin{array}{c} a_1 \\\ a_2 \\\ a_3 \end{array}\right) = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 1 \\\ -2 \end{array}\right)</math> liefert <math>a_1 = -2, b_2 = 2, b_3=-3</math>. | ||
+ | c) <math>\left ( \begin{array}{c} b_1 \\\ 0 \\\ 7 \end{array}\right) -\left ( \begin{array}{c} 2 \\\ a_2 \\\ a_3 \end{array}\right) = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 1 \\\ -2 \end{array}\right)</math> liefert <math>b_1 = 6, a_2=-1, a_3=9</math> | ||
+ | d) <math>\left ( \begin{array}{c} -a \\\ a \\\ 3a \end{array}\right) -\left ( \begin{array}{c} a \\\ -3 \\\ 2a \end{array}\right) = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 1 \\\ -2 \end{array}\right)</math> liefert <br> | ||
+ | x<sub>2</sub>-Koordinate: a + 3 = 1, also a = -2 und <math>\vec A= \left ( \begin{array}{c} -2 \\\ -3 \\\ -6 \end{array}\right)</math> und <math>\vec B = \left ( \begin{array}{c} 2 \\\ -2 \\\ -6 \end{array}\right)</math> }} | ||
− | + | Buch S. 93 / 3b | |
− | + | ||
− | {{Lösung versteckt|1= | + | {{Lösung versteckt|1=<math>\vec {AB} = \left ( \begin{array}{c} 2 \\\ 1 \\\ 2 \end{array}\right), \vec {DC}=\left ( \begin{array}{c} -2 \\\ -1 \\\ 0 \end{array}\right)</math> }} |
+ | |||
+ | <ggb_applet height="500" width="600" | ||
+ | filename="93-3b.ggb" /> | ||
+ | |||
+ | Buch S. 93 / 4 | ||
+ | |||
+ | {{Lösung versteckt|1=a) Die Punkte werden im Gegenuhrzeigersinn bezeichnet. Die untere Grundfläche hat die Punkte H, A, M, I, die obere Grundfläche die Punkte L, T, O, N. Also liegt H und L, A unter T, M unter O und I unter N.<br> | ||
+ | T,O,N werden durch L(4;-4;0) zu einem Quadrat ergänzt.<br> | ||
+ | O(0,0,0) und M(0,0,-4) bedeuten, dass die untere Fläche 4 unterhalb der oberen Fläche liegt.<br> | ||
+ | Damit: T(4;0;0) liefert A(4;0;-4), N(0;-4;0) liefert I(0;-4;-4) | ||
+ | Nun ergeben sich noch H(4;-4;-4), A(4;0;-4), M(0,0,-4).<br> | ||
+ | Also insgesamt: H(4;-4;4), A(4;0;-4), M(0;0;-4), I(0;-4;-4) und L((4;-4;0), T(4;0;0), O(0;0;0), N(0;-4;0)<br> | ||
+ | |||
+ | Da O der Ursprung ist, ist ein Vektor <math>\vec {OM}</math> mit Startpunkt O der Ortsvektor <math>\vec M</math>. | ||
+ | <math>\vec {OM}= \vec M = \left ( \begin{array}{c} 0 \\\ 0 \\\ -4 \end{array}\right), \vec {OL} = \vec L = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ -4 \\\ 0 \end{array}\right), \vec {MH}=\vec H - \vec M = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ -4 \\\ 0 \end{array}\right), \vec {IA}=\vec A - \vec I = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 4 \\\ 0 \end{array}\right) </math><br> | ||
+ | <math>\vec {NT} = \vec T - \vec N = \left ( \begin{array}{c} 4 \\\ 4 \\\ 0 \end{array}\right), \vec {LA} = \vec A - \vec L =\left ( \begin{array}{c} 0 \\\ 4 \\\ -4 \end{array}\right), \vec {AN} = \vec N - \vec A = \left ( \begin{array}{c} -4 \\\ -4 \\\ 4 \end{array}\right)</math> <br> | ||
+ | Man kann die Koordinaten auch gut als als Wege wie man vom Anfangspunkt zur Spitze des Vektors gelangt. Beim letzten Vektor <math>\vec {AN}</math> geht man von A aus -4 in x<sub>1</sub>-Richtung und kommt zur x<sub>3</sub>-Achse, dann geht man um -4 in x<sub>2</sub>-Richtung, dann ist man unterhalb von N und muss noch um 4 in x<sub>3</sub>-Richtung und ist dann in N. Die Reihenfolge wie man geht ist beliebig. Man kommt immer zu N. | ||
+ | |||
+ | b) Die Pyramide hat ein Quadrat mit Seitenlänge a = 4 als Grundfläche und die Pyramidenhöhe 2, also ist <math>V=\frac{1}{3} \cdot 4^2 \cdot 2=\frac{32}{3}</math><br> | ||
+ | Die Oberfläche hat den Inhalt <math>O=4^2 + 4\cdot \frac{1}{2}\cdot 4 \cdot 2\sqrt 2 = 16+16\sqrt 2=16(1+\sqrt 2) \approx 38,6</math> }} | ||
+ | |||
+ | <ggb_applet height="500" width="600" | ||
+ | filename="93-4.ggb" /> }} |
Aktuelle Version vom 10. Januar 2021, 07:46 Uhr
Aus der Physik kennt man Größen wie Geschwindigkeit, Impuls, Kraft, die nicht nur einen Betrag sondern auch eine Richtung haben. Die Richtung wird durch einen Pfeil angegeben. Je Größer die Geschwindigkeit, der Impuls, die Kraft ist desto länger ist der Pfeil.
In der Mathematik kennt man Pfeile oder Vektoren von einer Verschiebung. In diesem Video
wird erkärt wie man eine Verschiebung im R2 mit Hilfe eines Vektors beschreibt.
Dieses Vorgehen übertragen wir auf unseren Raum R3. Stellt man Betrachtungen in der Zeichenebene R2 an, so setzt man die dritte Koordinate x3 einfach 0.
Merke:
Ein Vektor ist die Menge aller gleich langen, parallelen und gleichgerichteten Pfeile. Jeder Pfeil ist ein Repräsentant des Vektors. Jeder Repräsentant legt den Vektor fest. In einem Koordinatensystem legt man einen Vektor durch Koordinaten fest. Dies erfolgt, wenn
Für Vektoren verwendet man eine Spaltenschreibweise und der Vektor ist ein Spaltenvektor des Raumes. heißen Koordinaten des Vektors . Der Pfeil vom Ursprung O des Koordinatensystems zum Punkt P(p1;p2;p3) heißt Ortsvektor des Punktes P. Es ist . Der Punkt P und sein Ortsvektor haben dieselben Koordinaten . Sind die Pfeile zweier Vektoren und gleich lang und parallel, aber entgegengesetzt gerichtet, dann ist der Vektor der Gegenvektor des Vektors (und ist Gegenvektor von ). Ein Vektor der Länge 0 wird mit und heißt Nullvektor. Es ist . |
Beispiele
1. Der Vektor mit A(4;3;1) und B(-1;6;0) ist .
Sein Gegenvektor ist dann .
Der Ortsvektor vom Ursprung zu A ist , der Ortsvektor ist .
2. Die Pfeile und gehören zum selben Vektor .
Gegeben sind A(2;3;4), B(4;7;1) und C(1;5;6). Welche Koordinaten hat D?
Es ist
Andererseits ist . Durch Vergleich der Koordinaten erhält man , also D(3;9;3).
Merke:
Der Betrag des Vektors ist die Länge seines Pfeils . Hinweis: Die Länge eines Pfeils des Vektors ist die Länge der Diagonale eines Quaders mit den Koordinaten als Länge, Breite und Höhe. |