Lösungswege Mathematik Oberstufe 6, Schülerbuch

191 Geraden im Raum > Lagebeziehungen von Geraden im Raum Winkel zwischen zwei schneidenden Geraden ​⇀a​: Richtungsvektor der Geraden g ​⇀b​: Richtungsvektor der Geraden h ​cos​(α) ​= ​ ​ ⇀a ​ · ​⇀b​ _ ​| ​⇀a​ |​·​| ​⇀b​ |​ ​; ​⇀a​, ​⇀b ​ ∈ ​ℝ ​3​; ​⇀a ​ ≠ ​⇀0​; ​ ⇀b ​ ≠ ​⇀0​ Als Ergebnis gibt man immer den kleineren der beiden Schnittwinkel an (​α ≤ 90°​). Berechne den Schnittwinkel der beiden Geraden ​g​1 ​und ​g​2​. ​g ​1 ​: X = ​( ​ 0 ​ − 2 ​ 1 ​) ​+ t · ​(​ − 2 3 ​ ​ 1 ​)​ ​g ​2 ​: X = ​(​ 2 5 ​ 1 ​) ​+ s · ​( ​ 3 ​ − 3 ​ 4 ​)​ ​s, t ∈ ℝ​ ​cos​(α) ​= ​ ​(​ − 2 3 ​ ​ 1 ​) ​· ​( ​ 3 ​ − 3 ​ 4 ​)​ _ ​|​(​ − 2 3 ​ ​ 1 ​)​| ​· ​|​( ​ 3 ​ − 3 ​ 4 ​)​|​ ​= ​ − 11 _ ​9 14 ​· ​9 _ 34 ​ ​ = − 0, 504… ⇒ a ≈ 120, 28°​ Da man immer den kleineren Schnittwinkel angibt, lautet die Lösung: ​α = 180° − 120,28° = 59,72°​ Tipp: Wie im ​ℝ ​2 ​gilt: Stehen zwei Geraden im ​ℝ ​3 ​normal aufeinander, so ist das Skalarprodukt ihrer Richtungsvektoren gleich null. Berechne den Schnittpunkt und den Winkel, den die Geraden g und h einschließen. a) ​g:X = ​( ​ 1 2 ​ 0 ​) ​+ s · ​( ​ 1 2 ​ 0 ​)​ h : X = ​( ​ 0 4 ​ 10 ​) ​+ t · ​(​ − 1 0 ​ ​ 5 ​)​ b) ​g:X = ​(​ 14 0 ​ ​ 5 ​) ​+ s · ​( ​ 2 ​ − 3 ​ 1 ​)​ h : X = ​(​ 14 0 ​ ​ 5 ​) ​+ t · ​( ​ 2 3 ​ − 8 ​)​ c) ​g:X = ​(​ 3 1 ​ 1 ​) ​+ s · ​( ​ 3 ​ − 1 ​ 1 ​)​ h : X = ​(​ 6 0 ​ 2 ​) ​+ t · ​(​ − 6 2 ​ ​ − 2 ​)​ Zusammenfassung Parameterdarstellung einer Geraden ​g:X = P+t·​⇀a​ ​t ∈ ℝ​ P ist ein Punkt auf der Geraden g, ​⇀a​ist ein Richtungsvektor der Geraden und t ist der Parameter. Im ​ℝ ​3 ​gib es keine Normalvektorform einer Geraden. Lagebeziehungen von Geraden im ​ℝ ​3​ Im ​ℝ ​3 ​können zwei Geraden schneidend, parallel, windschief oder identisch sein. Um die Lagebeziehung zu bestimmen, untersucht man zunächst die Richtungsvektoren und danach, ob es gemeinsame Punkte gibt. Schnittwinkel ​α ​zweier Geraden ​cos​(α) ​= ​ ​ ⇀a​ · ​⇀b​ _ ​| ​⇀a​ |​·​| ​⇀b​ |​ ​ ​ ⇀a ​ u n d ​⇀b ​ s i n d d i e Richtungsvektoren der beiden Geraden. Merke 2 4 z x y 2 4 2 6 8 10 12 – 8 –4 α g h b a Muster 759 Ó Technologie Anleitung Winkel bestimmen k9rk5w 760 Ó Arbeitsblatt Schnittpunkte und Winkel ermitteln ta69rt 2 –2 z x y 4 8 8 12 14 16 – 8 4 –4 –8 g P a 2 –2 z x y 4 8 12 14 16 – 8 –4 –8 parallel zu g S g windschief zu g schneidend mit g 2 4 z x y 2 4 2 6 8 10 12 – 8 –4 –8 α g h b a Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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