Lösungswege Mathematik Oberstufe 6, Schülerbuch

173 10.3 Das Vektorprodukt Lernziele: º Definition des vektoriellen Produkts und seine geometrische Bedeutung kennen (AG-L 3.8) º Normalvektoren im Raum berechnen können º Flächen und Volumen mit Vektoren berechnen können Definition und Eigenschaften Zu einem einzigen Vektor im ​ℝ ​3 ​gibt es unendlich viele normale Richtungen (s. Kap 10.1). Sucht man jedoch einen Normalvektor zu zwei (nicht parallelen) Vektoren ​⇀a ​ und ​ ⇀ b​, so gibt es nur eine passende normale Richtung. Alle Vektoren, die zu ​⇀a​und zu ​ ⇀ b​normal sind, sind daher zueinander parallel und unterscheiden sich nur durch ihre Länge und Orientierung. Mit Hilfe des Vektorproduktes kann man im ​ℝ ​3 ​einen Normalvektor zu zwei Vektoren finden, der besondere Eigenschaften aufweist. (Beweis S. 284) Vektorprodukt (Kreuzprodukt) ​⇀a ​ × ​ ⇀ b ​ = ​(​ ​x ​a​ ​y ​ ​ a​​ ​z ​a​ ​) ​× ​(​ ​x ​b​ ​y ​ ​ b​​ ​z ​b​ ​) ​= ​ ⎛ ⎜ ⎝ ​ ​y ​a ​​z ​b ​− ​z ​a ​​y ​b​ ​ − ​(​x ​a ​​z ​b ​− ​z ​a ​​x ​b​)​​ ​x ​a ​​y ​b ​− ​y ​a ​​x ​b​ ​ ⎞ ⎟ ⎠ ​, ​⇀a​, ​ ⇀ b ​ ∈ ​ℝ ​3​ ​⇀a ​ × ​ ⇀ b​steht normal auf ​⇀a ​ u n d ​ ⇀ b​. Um sich diese Formel leichter merken zu können, gibt es folgendes Merkschema: x-Koordinate von ​⇀a ​ × ​ ⇀ b​streichen y-Koordinate von ​⇀a ​ × ​ ⇀ b​streichen z-Koordinate von ​⇀a ​ × ​ ⇀ b​streichen xa xb ya yb za zb xa xb ya yb za zb xa xb ya yb za zb ​y ​a ​​z ​b ​− ​z ​a ​​y ​b​ ​− ​(​x ​a ​​z ​b ​− ​z ​a ​​x ​b​) ​x ​a ​​y ​b ​− ​y ​a ​​x ​b​ Berechne das Vektorprodukt der Vektoren ​⇀a ​ = ​( ​ 2 ​ − 1 ​ 4 ​) ​und ​ ⇀ b ​ = ​( ​ 3 ​ − 2 ​ 1 ​)​. Überprüfe mit Hilfe des Skalarproduktes, ob der Vektor ​⇀a​zum Vektor ​⇀a ​ × ​ ⇀ b ​ o r t h o g o n a l i s t . ​⇀a ​ × ​ ⇀ b ​ = ​( ​ 2 ​ − 1 ​ 4 ​) ​× ​( ​ 3 ​ − 2 ​ 1 ​) ​= ​ ⎛ ⎜ ⎝ ​ ​(− 1) ​· 1 − 4 · ​(− 2)​ ​ − ​(2 · 1 − 4 · 3)​ 2 · ​(− 2) ​− ​(− 1) ​· 3 ⎞ ⎟ ⎠ ​= ​( ​ 7 10 ​ ​ − 1 ​) ​ ​⇒ ​ ​ ⇀a ​ · ​( ​⇀a ​ × ​ ⇀ b​ ) ​= ​( ​ 2 ​ − 1 ​ 4 ​) ​· ​( ​ 7 10 ​ ​ − 1 ​) ​= 0 ⇔ ​⇀a ​ und ​( ​⇀a ​ × ​ ⇀ b​ ) ​stehen aufeinander normal. Das Kreuzprodukt ​⇀u ​ × ​⇀v​zweier Vektoren ​⇀u ​ und ​⇀v​ G Kreuzprodukt(u, v) oder u £ v (1, 2, 3) £ (2, 3, 4) A = (–1, 2, –1) C crossP(u,v) crossP([1,2,3],[2,3,4]) [–1,2,–1] T crossP(u,v) crossP([1,2,3],[2,3,4]) [–1,2,–1] Kompetenzen Merke Muster 696 Ó Technologie Übung Normalvektoren im Raum bestimmen d6n7ye Technologie Ó Technologie Anleitung Vektorprodukt u73i96 2 2 4 2 8 0 y z x a b n1 n2 n3 2 2 4 0 y z x a a b b× ​ ⇀​n ​ i ​ = (i = 1, 2, 3​) sind Normalvektoren zu ​⇀a ​ u n d ​⇀b​. Sie haben im ​ℝ ​3 ​alle die gleiche Richtung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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