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Aufgabe:

Berechne die Schnittgerade der beiden Ebenen

\( \begin{array}{l}E=\left\{\vec{p} \in \mathbb{R}^{3}: \vec{p}=\left(\begin{array}{l}2 \\ 0 \\ 1\end{array}\right)+r \cdot\left(\begin{array}{l}4 \\ 0 \\ 2\end{array}\right)+s \cdot\left(\begin{array}{l}1 \\ 1 \\ 0\end{array}\right), r, s \in \mathbb{R}\right\} \\ H=\left\{\vec{p} \in \mathbb{R}^{3}: \vec{p}=\left(\begin{array}{c}1 \\ 1 \\ -1\end{array}\right)+k \cdot\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right)+l \cdot\left(\begin{array}{l}0 \\ 0 \\ 2\end{array}\right), k, l \in \mathbb{R}\right\}\end{array} \)



Problem/Ansatz:

Mein Problem ist, dass ich beim Gleichungssystem nicht mehr weiterkomme, da es keine Zeile gibt in der nur ein Buchstabe vorhanden ist. Heißt das wir müssen hier für einen Buchstaben einfach eine Zahl einsetzten (z.b. 1)?
Jemand anders hatte die dritte Zeile mal -0,5 genommen, aber das erschließt sich mir nicht.
Könnte mir das jemand erklären? Also wie man auf das korrekte Ergebnis kommt und bei so einem Fall vorgehen muss?

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Welche Methoden zur Lösung von linearen Gleichungssystemen kennst du denn? Gauß ein Begriff?

Ja, das Gauß Verfahren kenne ich

Aus der Lösung

\( \ell = 1/2 - k/4 \)

folgt die Schnittgerade

\(\begin{aligned} \vec{p} &= \begin{pmatrix} 1\\1\\-1 \end{pmatrix} + k \begin{pmatrix} 0\\1\\0 \end{pmatrix} + (1/2 - k/4) \begin{pmatrix} 0\\0\\2 \end{pmatrix} \\\\ &= \begin{pmatrix} 1\\1\\0\end{pmatrix} + k \begin{pmatrix} 0\\1\\-1/2 \end{pmatrix} \end{aligned} \)

2 Antworten

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Aloha :)

Willkommen in der Mathelounge... \o/

Schau dir die Ebene \(H\) mal ganz genau an, indem du sie zusammenfasst:$$H\colon\vec p=\begin{pmatrix}1+k\cdot0+\ell\cdot0\\1+k\cdot1+\ell\cdot0\\-1+k\cdot0+\ell\cdot2\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1\\1+k\\-1+2\ell\end{pmatrix}$$

die x-Koordinate \(p_x\) ist stets \(1\). Die y-Koordinate \(p_y\) kann jeden beliebigen Wert annehmen, weil du ja \(k\) völlig frei wählen kannst. Ebenso kann die z-Koordinate \(p_z\) jeden beliebigen Wert annehmen, weil du ja \(\ell\) völlig frei wählen kannst. Die Ebene \(H\) wird daher durch eine sehr übersichtliche Koordinatengleichung beschrieben:$$H\colon x=1$$

Die Schnittgerade von \(E\) und \(H\) enthält daher alle Punkte der Ebene \(E\), deren x-Wert ebenfalls gleich \(1\) ist:$$\underbrace{\begin{pmatrix}1\\\text{egal}\\\text{egal}\end{pmatrix}}_{\text{Punkte der Ebene \(H\)}}\stackrel!=\underbrace{\begin{pmatrix}2\\0\\1\end{pmatrix}+r\cdot\begin{pmatrix}4\\0\\2\end{pmatrix}+s\cdot\begin{pmatrix}1\\1\\0\end{pmatrix}}_{\text{Punkte der Ebene \(E\)}}$$

Du brauchst also gar kein Gleichungssystem zu lösen, da es für die y- und z-Koordinate überhaupt keine Bedingung gibt. Es reicht, die Gleichung für die x-Koordinate umzustellen:$$1=2+4r+s\implies s=-1-4r$$Das setzen wir in die Ebenengleichung von \(E\) ein und erhalten die Schnittgerade \(g\):$$g\colon\vec p=\begin{pmatrix}2\\0\\1\end{pmatrix}+r\begin{pmatrix}4\\0\\2\end{pmatrix}+(\green{-1}\red{-4r})\begin{pmatrix}1\\1\\0\end{pmatrix}$$$$g\colon\vec p=\begin{pmatrix}2\\0\\1\end{pmatrix}\green{-\begin{pmatrix}1\\1\\0\end{pmatrix}}+r\begin{pmatrix}4\\0\\2\end{pmatrix}\red{-r\begin{pmatrix}4\\4\\0\end{pmatrix}}$$$$g\colon\vec p=\begin{pmatrix}2\green{-1}\\0\green{-1}\\1\green{-0}\end{pmatrix}+r\begin{pmatrix}4\red{-4}\\0\red{-4}\\2\red{-0}\end{pmatrix}$$$$g\colon\vec p=\begin{pmatrix}1\\-1\\1\end{pmatrix}+r\begin{pmatrix}0\\-4\\2\end{pmatrix}$$

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Du kannst auch eine der beiden Ebenen in die Normalenform verwandeln und die andere dort einsetzen. Dann erhältst du eine Gleichung mit zwei Unbekannten, die du nach einer Unbekannten auflöst und in die passende Ebenengleichung einsetzt, die dann bereits eine Geradengleichung darstellt (kleine Umformung in die bekannte Form ist möglich).

Avatar von 123 k 🚀

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