Lösungswege Mathematik Oberstufe 6, Schülerbuch

172 Vektoren > Rechnen mit Vektoren im dreidimensionalen Raum Bestimme den Winkel, den der Vektor ​⇀a​mit der angegebenen Koordinaten-Ebene einschließt. a) ​⇀a ​ = ​( ​ 1 3 ​ − 2 ​)​, xy-Ebene b) ​⇀a ​ = ​(​ 1 1 ​ 1 ​)​, yz-Ebene c) ​⇀a ​ = ​(​ 0 1 ​ 0 ​)​, xz-Ebene d) ​⇀a ​ = ​(​ 3 5 ​ 0 ​)​, xy-Ebene Bestimmen eines Normalvektors Bestimme jeweils zwei verschiedene Normalvektoren zu den angegebenen Vektoren. a) ​⇀a ​ = ​( ​ 1 ​ 2) ​ b) ​⇀c ​ = ​( ​ 3 ​ − 1 ​)​ c) ​⇀x ​ = ​( ​ 0 ​ − 2 ​)​ d) ​⇀y ​ = ​(​ 43 ​ 1 ) ​ e) ​⇀t ​ = ​( ​ 1 ​ 0) ​ In der Ebene sind alle Normalvektoren eines Vektors ​⇀a​parallel zueinander (sie haben alle die gleiche Richtung, die Orientierung kann verschieden sein). Im ​ℝ ​3 ​sind nicht alle Normalvektoren zu einem Vektor zueinander parallel. ​⇀n ​ 1 ​bis ​ ⇀n ​ 6 ​sind Normalvektoren zu ​⇀a​. Sie haben im ​ ℝ ​2 ​alle die gleiche Richtung. x y 2 4 6 8 101214 2 4 6 8 0 a n1 n2 n6 n3 n 5 n4 ​⇀​n ​ 1 ​bis ​ ⇀​n ​ 6 ​sind Normalvektoren zu ​⇀a​ . Sie haben im ​ℝ ​3 ​nicht alle die gleiche Richtung. 4 4 8 4 8 0 y z x a n 1 n2 n6 n3 n5 n4 Wie bei zweidimensionalen Vektoren gilt auch in drei Dimensionen das Orthogonalitätskriterium, welches aus der Vektor-Winkel-Formel für ​α = 90°​herleitbar ist. Orthogonalitätskriterium Stehen zwei Vektoren ​⇀ a ​und ​ ⇀ b ​( ​⇀ a​ungleich Nullvektor, ​ ⇀ b​ungleich Nullvektor) normal aufeinander, so ist ihr Skalarprodukt gleich null. ​⇀a ​ ⊥ ​ ⇀ b ​ ⇔ ​⇀a ​ · ​ ⇀ b ​ = 0​ Bestimme einen Normalvektor ​⇀n​zum Vektor ​⇀a ​ = ​(​ 2 3 ​ 5 ​)​. Wenn man beim Vektor ​⇀a​eine beliebige Koordinate 0 setzt, die beiden anderen Koordinaten vertauscht und noch bei einer das Vorzeichen wechselt, so erhält man einen geeigneten Vektor ​⇀n​. Z.B. ​⇀n ​ = ​( ​ 3 ​ − 2 ​ 0 ​)​, denn es gilt ​⇀a ​ · ​⇀n ​ = ​(​ 2 3 ​ 5 ​) ​· ​( ​ 3 ​ − 2 ​ 0 ​) ​ = 2 · 3 + 3 · (− 2) + 5 · 0 = 0​. Finde drei nicht parallele Vektoren, die normal auf den angegebenen Vektor stehen. a) ​⇀a ​ = ​( ​ 1 2 ​ 3 ​)​ b) ​⇀c ​ = ​( ​ 3 0 ​ − 1 ​)​ c) ​⇀x ​ = ​( ​ 1 5 ​ − 2 ​)​ d) ​⇀y ​ = ​( ​ 7 6 ​ − 1 ​)​ e) ​⇀t ​ = ​( ​ 3 ​ − 3 ​ 0 ​)​ f) ​ ⇀ b ​ = ​(​ x y ​ z ​)​ Zeige, dass die beiden Vektoren ​⇀a ​ und ​ ⇀ b​normal aufeinander stehen. ​⇀a ​ = ​( ​ a b ​ − a ​)​, ​ ⇀ b ​ = ​(​ a 0 ​ a ​)​ Bestimme die Koordinate a so, dass ​⇀x ​ und ​⇀y​rechtwinklig zueinander stehen. a) ​⇀x ​ = ​( ​ 2 ​ − 1 ​ 3 ​)​; ​⇀y ​ = ​(​ a 2 ​ 1 ​)​ b) ​⇀x ​ = ​( ​ 0 1 ​ a ​)​; ​⇀y ​ = ​( ​ 2 ​ − 1 ​ 3 ​)​ c) ​⇀x ​ = ​(​ − 2 3 ​ ​ − 1 ​)​; ​⇀y ​ = ​( ​ 1 a ​ 1 ​)​ 690 Vorwissen 691 Merke Muster 692 693 Ó Technologie Übung Normalvektoren im ​ℝ ​3 ​ bestimmen 5c88rk AG-R 3.3 M1 694 AG-R 3.3 M1 695 10 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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