Das bedeutet, dass jeder Punkt auf der Geraden auch in der Ebene liegt. Gerade liegt in einer Ebene Ebene und Gerade sind parallel Das LGS hat unendlich keine Lösungen. Das bedeutet, dass kein Punkt auf der Geraden in der Ebene liegt. Gerade und Ebene müssen also parallel sein. Gerade liegt in einer Ebene
Für die Lage einer Geraden zu einer Ebene gibt es 3 Möglichkeiten: Die Gerade liegt in der Ebene drinnen Die Gerade ist parallel zur Ebene Die Gerade schneidet die Ebene Möchtet ihr die Lage einer Geraden zu einer Ebene bestimmen, geht ihr Schritt für Schritt so vor: Stellt sicher, dass die Ebene in Koordinatenform ist und die Gerade in Parameterform, wenn nicht müsst ihr diese noch umformen. Wie das geht, findet ihr im Artikel zum Umformen von Ebenengleichungen. Setzt die Geradengleichung in die Ebenengleichung ein (dabei ist die erste Zeile der Geradengleichung x1, die zweite Zeile x2, die 3. Zeile x3. (Im Beispiel könnt ihr euch dies noch genauer anschauen) Löst diese Gleichung und dann gibt es 3 Möglichkeiten, was ihr erhaltet: Die Gleichung ist für alle λ erfüllt, dass bedeutet ihr erhaltet ein Ergebnis, das wahr ist egal für welches λ. Z. B. 1=1 oder 2=2. In diesem Fall liegt die Gerade in der Ebene. Die Gleichung ist für kein λ erfüllt, dass bedeutet ihr erhaltet ein Ergebnis, das falsch ist egal für welches λ.
1. Einleitung In diesem Artikel wird erläutert, wie die Lagebeziehungen einer Geraden und einer Ebene im Vergleich zueinander im Raum sein können. Dazu wird zunächst aufgezählt, welche verschiedenen Lagebeziehungen es gibt. Danach folgen Erklärungen, was diese auszeichnet und wie man sie anhand der Ebenen- und Geradengleichungen erkennen kann. Hinweis: Die Lagebeziehungen zwischen Geraden und Ebenen sind nicht ganz so wichtig wie bei Gerade/Gerade oder Ebene/Ebene und werden auch nicht so häufig besprochen bzw. in Büchern erwähnt. Trotzdem ist es hilfreich, sie zu beherrschen. So kann man sich einfacher ein Bild davon machen, was man eigentlich an manchen Stellen errechnet. 2. Die drei Möglichkeiten Wie bei den Lagebeziehungen zwischen zwei Ebenen gibt es auch hier nur drei mögliche Lagen. Das liegt auch hier an der Ebene durch die sich Gerade und Ebene zwangsweise schneiden, wenn sie nicht parallel oder ineinander sind. Aber erstmal zu den Möglichkeiten: Gerade liegt in der Ebene. Selbsterklärend: Alle Punkte der Geraden liegen in der Ebene.
Der Abstand der Geraden g g zur Ebene E E ist: d ( g, E) = ∣ r ⋅ n ⃗ ∣ d(g, E)=|r\cdot \vec n|. Lösung Stelle eine Hilfsgerade h h auf, die durch den Aufpunkt P P der Geraden g g verläuft und die orthogonal zur Ebene E E liegt. Der Normalenvektor n ⃗ = ( 2 2 1) \vec n= \begin{pmatrix}2\\2\\1\end{pmatrix} der Ebene E E ist der Richtungsvektor der Hilfsgeraden h h. Schneide die Hilfsgerade h h mit der Ebene E E. Setze dazu die Geradengleichung h h in die gegebene Ebenengleichung ein: 2 x 1 + 2 x 2 + x 3 − 8 \displaystyle 2x_1+2x_2+x_3-8 = = 0 \displaystyle 0 ↓ Setze h h in E E ein. 2 ⋅ ( 1 + 2 r) + 2 ⋅ ( 4 + 2 r) + 1 ⋅ ( 1 + r) − 8 \displaystyle 2\cdot (1+2r)+2\cdot(4+2r)+1\cdot(1+r)-8 = = 0 \displaystyle 0 ↓ Löse die Klammern auf und fasse zusammen. 2 + 4 r + 8 + 4 r + 1 + r − 8 \displaystyle 2+4r+8+4r+1+r-8 = = 0 \displaystyle 0 3 + 9 r \displaystyle 3+9r = = 0 \displaystyle 0 − 3 \displaystyle -3 9 r \displaystyle 9r = = − 3 \displaystyle -3: 9 \displaystyle:9 r \displaystyle r = = − 3 9 \displaystyle -\dfrac{3}{9} ↓ Kürze.
2=5 oder 4=1. In diesem Fall ist die Gerade parallel zur Die Gleichung ist für genau ein λ erfüllt, dass bedeutet ihr erhaltet ein Ergebnis, das dem λ einen Wert zuweist. λ=1 oder λ=-3. In diesem Fall hat die Gerade an diesem Wert für λ einen Schnittpunkt. Um diesen dann zu berechnen, setzt ihr einfach dieses λ in die Gleichung ein und berechnet den Punkt dafür. Das ist dann euer Schnittpunkt. Seien diese Gerade und Ebene gegeben: Bestimmt zunächst die drei x Werte, dies sind einfach die Zeilen der Geradengleichung einzeln aufgeschrieben von oben nach unten: Setzt diese Werte einfach in die Ebenengleichung ein, also x1 für x1 usw. und löst die Gleichung, die ihr so erhaltet: Wie gesagt kommt da eine Gleichung raus, die wahr ist für alle λ (z. 1=1), dann liegt die Gerade in der Ebene, kommt eine Gleichung raus die für kein λ wahr ist (z. 2=1), dann ist die Gerade parallel und kommt wie hier eine Gleichung raus, bei der ihr einen bestimmten Wert für λ erhaltet, schneidet die Gerade die Ebene an dieser Stelle, setzt also das λ in die Geradengleichung ein und ihr erhaltet so den Schnittpunkt: Hier könnt ihr euch die Lage der Geraden und der Ebene mal in 3D angucken:
Sie setzen den Punkt der Geraden in die Koordinatenform ein. 3 \cdot 4 + 1 \cdot (-5) - 5 \cdot (-1) = 12 - 5 + 5 = 12 Der Punkt erfüllt die Koordinatengleichung nicht, ist also kein Punkt der Ebene. Die Gerade ist damit parallel zur Ebene. Verfahren 2: Lineare Unabhängigkeit Hier überprüfen wir, ob die drei Richtungsvektoren linear abhängig sind. Dies können Sie mit Hilfe des Gaussverfahrens durchführen oder Sie bestimmen das Volumen, dass die drei Vektoren aufspannen. Richtungsvektoren \begin{pmatrix} 3 \\ 1 \\ 2 \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} 2 \\ -1 \\ 1 \end{pmatrix} \cdot = 0 Die Vektoren sind linear abhängig, also ist die Gerade parallel oder in der Ebene. Sie müssen noch eine Punktprobe durchführen. Punktprobe = \begin{pmatrix} 4 \\ -5 \\ -1 \end{pmatrix} Umstellen ergibt: r \begin{pmatrix} 3 \\ 1 \\ 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 \\ -6 \\ -3 \end{pmatrix} Lösung als pdf. (TeX) Es ergibt sich bei dem Gaussverfahren keine Lösung, der Punkt der Geraden ist nicht in der Ebene enthalten.
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