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Aufgabe:

Aufgaben zum Skalarprodukt


Problem/Ansatz:

Wir sollten uns selber Videos zum Thema angucken, aber irgendwie haben diese auch nicht ganz weitergeholfen.

Screenshot_20210329-101127.png

Text erkannt:

\( 8 \% \)
Aufgaben zum \ldots..
2.1 Aufgaben zum Skalarprodukt
Aufgabe 1:
Berechnen Sie zu den gegebenen Vektoren das Skalarprodukt.
a) \( \vec{a}=\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) ; \vec{b}=\left(\begin{array}{l}1 \\ 0 \\ 0\end{array}\right) \);
b) \( \vec{a}=\left(\begin{array}{l}2 \\ 4 \\ 7\end{array}\right) ; \vec{b}=\left(\begin{array}{c}1 \\ -3 \\ 0\end{array}\right) \);
c) \( \vec{a}=\left(\begin{array}{c}-3 \\ 2 \\ -8\end{array}\right) ; \vec{b}=\left(\begin{array}{l}3 \\ 4 \\ 0\end{array}\right) ; \)
d) \( \vec{a}=\left(\begin{array}{c}15 \\ 22 \\ -2\end{array}\right) ; \vec{b}=\left(\begin{array}{c}-3 \\ 2 \\ -8\end{array}\right) \)
\( \underline{\text { Aufgabe } 2:} \) Berechnen Sie den jeweiligen Winkel, der von den Vektoren eingeschlossen wird.
a) \( \vec{a}=\left(\begin{array}{l}0 \\ 0 \\ 1\end{array}\right) ; \vec{b}=\left(\begin{array}{l}1 \\ 0 \\ 0\end{array}\right) \)
b) \( \vec{a}=\left(\begin{array}{l}2 \\ 0 \\ 6\end{array}\right) ; \vec{b}=\left(\begin{array}{l}2 \\ 3 \\ 0\end{array}\right) \)
c) \( \vec{a}=\left(\begin{array}{l}1 \\ 0 \\ 0\end{array}\right) ; \vec{b}=\left(\begin{array}{l}1 \\ 0 \\ 3\end{array}\right) \)
2.2 Aufgaben zum Vektorprodukt
1.0 Berechnen Sie die folgenden Vektorprodukte.
\( 1.1\left(\begin{array}{l}1 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \times\left(\begin{array}{c}0 \\ 1 \\ 1\end{array}\right) \quad 1.2\left(\begin{array}{c}1 \\ -3 \\ 2\end{array}\right) \times\left(\begin{array}{c}-2 \\ 6 \\ -4\end{array}\right) \quad 1.3\left(\begin{array}{c}3 \\ 0 \\ 0\end{array}\right) \times\left(\begin{array}{c}7 \\ 4 \\ -1\end{array}\right) \)

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Skalarprodukt

        \(\begin{pmatrix}a_1\\a_2\\a_3\end{pmatrix}\cdot\begin{pmatrix}b_1\\b_2\\b_2\end{pmatrix} = a_1b_1 + a_2b_2 + a_3b_3\)

Beispiel.

        \(\begin{aligned}&\begin{pmatrix}2\\-3\\-5\end{pmatrix}\cdot\begin{pmatrix}4\\-6\\7\end{pmatrix}\\ =\,& 2\cdot 4 + (-3)\cdot (-6) + (-5)\cdot 7\\ =\,& 8 + 18 - 35 = -9\end{aligned}\)

Vektorprodukt

        \(\begin{pmatrix}a_1\\a_2\\a_3\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}b_1\\b_2\\b_2\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}a_2b_3-b_2a_3\\a_3b_1-b_3a_1\\a_1b_2-b_1a_2\end{pmatrix}\)

Beispiel.

        \(\begin{aligned}&\begin{pmatrix}2\\-3\\-5\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}4\\-6\\7\end{pmatrix}\\ =&\begin{pmatrix}-3\cdot7-(-6)\cdot(-5)\\-5\cdot4-7\cdot2\\2\cdot(-6)-4\cdot(-3)\end{pmatrix}\\=&\begin{pmatrix}-51\\-34\\0\end{pmatrix}\end{aligned}\)

Winkel \(\alpha\) zwischen den Vektoren \(\vec{a}\) und \(\vec{b}\)

        \(\begin{aligned}\alpha = \cos^{-1}\frac{\vec{a}\cdot\vec{b}}{\left|\vec{a}\right|\left|\vec{b}\right|}\end{aligned}\)

Beispiel.

Winkel zwischen den Vektoren

        \(\begin{pmatrix}2\\-3\\-5\end{pmatrix}\) und \(\begin{pmatrix}4\\-6\\7\end{pmatrix}\)

ist

        \(\begin{aligned} & \cos^{-1}\frac{\begin{pmatrix}2\\ -3\\ -5 \end{pmatrix}\cdot\begin{pmatrix}4\\ -6\\ 7 \end{pmatrix}}{\left|\begin{pmatrix}2\\ -3\\ -5 \end{pmatrix}\right|\cdot\left|\begin{pmatrix}4\\ -6\\ 7 \end{pmatrix}\right|}\\ =\, & \cos^{-1}\frac{-9}{\sqrt{2^{2}+\left(-3\right)^{2}+\left(-5\right)^{2}}\cdot\sqrt{4^{2}+\left(-6\right)^{2}+7^{2}}}\\ =\, & \cos^{-1}\frac{-9}{\sqrt{38}\cdot\sqrt{101}}\\ \approx\, & 98,35{^\circ} \end{aligned}\)

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Habe alles jetzt verstanden, äußer wie man den Winkel berechnet. Da habe ich noch schwierigkeiten es zu verstehen.

Gruß Arthur

Kannst du das genauer erläutern? Kennst du die Formel für den Betrag (a.k.a die Länge) eines Vektors?

Die Formel kenne ich nicht und ich habe nicht genau verstanden, was man genau in den Taschenrechner eingeben muss um auf das Ergebnis zu kommen.

Der Betrag \(\left|\vec{v}\right|\) eines Vektors

        \(\vec{v} = \begin{pmatrix}v_1\\v_2\\v_3\end{pmatrix}\)

ist

        \(\left|\vec{v}\right| = \sqrt{v_1^2 + v_3^2 + v_3^2}\).

Beispiel.

        \(\left|\begin{pmatrix}3\\12\\4\end{pmatrix}\right| = \sqrt{3^2 + 12^2 + 4^2} = \sqrt{169} = 13\).

Anschaulich ist \(\left|\vec{v}\right|\) der Abstand des Punktes \(\left(v_1|v_2|v_3\right)\) zum Ursprung. Das kann man sich mit Pythagoras klar machen, indem man in einem Quader mit Seitenlängen 3, 12 und 4 die Länge der Raumdiagonalen berechnet.

was man genau in den Taschenrechner eingeben muss um auf das Ergebnis zu kommen.

Es gibt Taschenrechner, in die du

        \(\cos^{-1}\frac{\begin{pmatrix}2\\ -3\\ -5 \end{pmatrix}\cdot\begin{pmatrix}4\\ -6\\ 7 \end{pmatrix}}{\left|\begin{pmatrix}2\\ -3\\ -5 \end{pmatrix}\right|\cdot\left|\begin{pmatrix}4\\ -6\\ 7 \end{pmatrix}\right|}\)

eintippen kannst. Aber zumindest

        \(\cos^{-1}\frac{-9}{\sqrt{2^{2}+\left(-3\right)^{2}+\left(-5\right)^{2}}\cdot\sqrt{4^{2}+\left(-6\right)^{2}+7^{2}}}\)

sollte jeder Taschenrechner verstehen.

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