Mathematik verstehen 7, Schulbuch

93 4 . 3 Die KUgel 4 . 3 Die KUgel gleichung einer Kugel Definition Eine Kugel K mit dem Mittelpunkt M und dem Radius r ist die Menge aller Punkte des Raumes, die von M den Abstand r haben. Anhand der nebenstehenden Abbildung erkennt man, dass ein Punkt X genau dann auf der Kugel K liegt, wenn gilt: ​ _ MX​= r bzw. †X – M† = r (​X – M)​ 2​= ​r​ 2​ Für X = (x 1 y 1 z) und M = (m​ ​ 1​ 1 ​ m​ 2​ 1 ​ m​ 3​) lautet diese Gleichung: (​x – ​m​ 1)​ ​ 2​+ (​y – ​m​ 2)​ ​ 2​+ (​z – ​m​ 3)​ ​ 2​= ​r​ 2​ Wir haben somit bewiesen: satz Ist K eine Kugel mit dem Mittelpunkt M = (​m​ 1 ​ 1 ​m​ 2 ​ 1 ​m​ 3​) * ​ ℝ​ 3​ und dem Radius r, dann gilt: X * K É ​(X – M)​ 2​= ​r​ 2​ bzw. (x 1 y 1 z) * K É (​ x – ​m​ 1)​ ​ 2​+ (​y – ​m​ 2)​ ​ 2​+ ​(z – ​m​ 3)​ ​ 2​= ​r​ 2​ Die Kugel K kann als Punktmenge dargestellt werden: K = {X * ​ ℝ​ 3​ ‡ (​X – M)​ 2​= ​r​ 2}​ bzw. K = {(x 1 y 1 z) * ​ ℝ​ 3​ ‡( ​ x – ​m​ 1)​ ​ 2​+ (​y – ​m​ 2)​ ​ 2​+ (​z – ​m​ 3​)​ 2​= ​r​ 2}​ Wir nennen diese Punktmenge eine Kugel in ​ ℝ​ 3​. Die Gleichung ​(X – M)​ 2​= ​r​ 2 ​ bzw. (​x – ​m​ 1)​ ​ 2​+ (​y – ​m​ 2)​ ​ 2​+ (​z – ​m​ 3)​ ​ 2​= ​r​ 2​ nennt man eine gleichung der Kugel K. Für M = O = (0 1 0 1 0) lautet diese Gleichung: ​X​ 2​= ​r​ 2 ​ bzw. ​x​ 2​+ ​y​ 2​+ ​z​ 2​= ​r​ 2​ Wir halten fest: gleichung einer Kugel mit dem Mittelpunkt M = (m​ ​ 1 ​ 1 ​m​ 2 ​ 1 ​m​ 3)​ und dem Radius r: (X – M)​ ​ 2​= ​r​ 2​ bzw. (x – ​m​ 1)​ ​ 2 ​+ (y – m​ ​ 2)​ ​ 2 ​+ (z – m​ ​ 3)​ ​ 2​= ​r​ 2​ gleichung einer Kugel mit dem Mittelpunkt O = (0 1 0 1 0) und dem Radius r: ​X​ 2​= ​r​ 2​ bzw. ​ x​ 2​+ ​y​ 2​+ ​z​ 2​= ​r​ 2​ Mit technologieeinsatz können Gleichungen von Kugeln ermittelt werden und Kugeln in der 3DGrafik gezeichnet werden. aUFgaBeN 4 . 41 Welche der folgenden Punkte liegen auf der Kugel K: (​x – 1)​ 2​+ (​y – 4)​ 2​+ (​z + 2)​ 2​= 161 ? Kreuze an!  (5 1 12 1 7)  (11 1 9 1 4)  (12 1 11 1 –1)  (3 1 – 2 1 9)  (9 1 – 3 1 5) 4 . 42 Gib eine Gleichung der Kugel mit dem Mittelpunkt M und dem Radius r an! a) M = (3 1 0 1 – 2), r = 3 c) M = (4 1 –1 1 – 2), r = 6 e) M = (0 1 0 I0), r = ​ 9 _ 3​ b) M = (– 2 1 0 1 – 2), r = 2 d) M = (– 3 1 2 1 –7), r = 5 f) M = (0,5 1 – 0,5 1 – 2), r = ​ 9 _ 3​ L M m1 r X m2 m3 z y x kompakt seite 95 L Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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