Aufgaben zur Lagebeziehung Gerade - Ebene

Aus RSG-Wiki
Wechseln zu: Navigation, Suche

S. 145/2

Die Normalform der Ebenengleichung lässt sich umformen zu 4x1 - 5x2 - 6x3 - (4-6t)=0.
a) Damit die Gerade g senkrecht zur Ebene E verläuft, ist ihr Richtungsvektor parallel zum Normalenvektor der Ebene. Beim Normalenvektor der Ebene ist x3=-6, ebenso ist beim Richtungsvektor der Geraden x3=-6. Also müssen bei beiden Vektoren x1 und x2 übereinstimmen. Damit ist r = 4 und s = -5.

b) und c) Damit die Gerade (echt) parallel zur Ebene E ist oder in der Ebene E liegt, muss der Richtungsvektor der Gerade g senkrecht zum Normalenvektor der Ebene E sein. Also ist das Skalarprodukt dieser beiden Vektoren 4r - 5s + 36 = 0, d.h. r und s müssen diese Gleichung erfüllen, z.B. (r = -9 und s = 0) oder (r=-14 und s=-4)

Für t = 3 stimmt der Stützpunkt A(1;0;3) der Ebene E mit dem Stützpunkt A(1;0;3) der Geraden g überein. Dann liegt g in der Ebene.

S. 145/3

a) Damit die Gerade g auf der Ebene E senkrecht steht, muss ihr Richtungsvektor \vec{u} kollinear zum Normalenvektor \vec{n} der Ebene E sein, also ist \vec{u} = k \cdot \vec{n}.


b) Damit die Gerade g echt parallel zur Ebene E verläuft muss ihr Richtungsvektor \vec{u} senkrecht zum Normalenvektor \vec{n} der Ebene E sein, also ist das Skalarprodukt \vec{u} \circ \vec{n} = 0 .
Desweiteren ragt der Verbindungsvektor \vec{AB} der beiden Stützpunkte A und B von der Geraden g und der Ebene E aus der Ebene E heraus, die Richtungsvektoren der Ebene und der Verbindungsvektor \vec{AB} sind nicht komplanar.
Da in dieser Aufgabe die Richtungsvektoren der Ebene nicht gegeben sind, sondern es ist der Normalenvektor \vec{n} vorgegeben, ist dies gleichbedeutend damit, dass der Verbindungsvektor \vec{AB} und der Normalenvektor \vec{n} nicht senkrecht zueinander sind.


c) Auch hier muss wie in b) der Richtungsvektor \vec{u} der Geraden g senkrecht zum Normalenvektor \vec{n} der Ebene E sein, also ist das Skalarprodukt \vec{u} \circ \vec{n} = 0 .
Damit die Gerade g in der Ebene E liegt, ist nun der Verbindungsvektor \vec{AB} der beiden Stützpunkte A und B von der Geraden g und der Ebene E in der Ebene E, er ist also mit den Richtungsvektoren der Ebene komplanar.
Da aber wiederum der Normalenvektor \vec{n} der Ebene vorgegeben ist, ist nun der Verbindungsvektor \vec{AB} senkrecht zum Normalenvektor \vec{n}, also ist hier nun \vec{AB} \circ \vec{n} = 0 .


d) Damit die Gerade g die Ebene E schneidet, darf der Richtungsvektor \vec{u} der Geraden g nicht senkrecht zum Normalenvektor \vec{n} der Ebene E sein, also muss \vec{AB} \circ \vec{n} \neq 0 sein. Dies beinhaltet dann auch a)!

Falls das Skalarprodukt \vec{AB} \circ \vec{n} = 0 ist, hat man ja b) und c)!