Mathematik verstehen 6, Schulbuch

177 9.4 Vektorprodukt und Normalprojektion in ℝ 3 9.4 Vektorprodukt und Normalprojektion in ​ℝ 3​ Normalvektoren in ​ℝ 3​ L Das Ermitteln von Normalvektoren ist in ​ℝ 3 ​komplizierter als in ​ℝ 2.​ • Nebenstehend ist ein von ​→o​verschiedener Vektor ​→a ​* R3 durch einen roten Pfeil im Raum dargestellt. Alle Vektoren, die zu ​→a​normal sind, können durch Pfeile dargestellt werden, die in einer Normalebene E zu dem zu ​→a​gehörigen Pfeil liegen. Diese Normalvektoren zu ​→a​können also verschiedene Richtungen und verschiedene Beträge haben. • Nebenstehend sind zwei von ​→o​verschiedene Vektoren ​→a ​, ​ → b ​* R3 durch rote Pfeile dargestellt. Alle Vektoren, die sowohl zu ​→a​als auch zu ​ → b ​­ normal sind, können durch Pfeile dargestellt werden, die auf einer Normalgeraden g zu den beiden roten Pfeilen liegen. Diese Normalvektoren sind alle zueinander parallel, können aber verschiedene Beträge haben. 9.40 Gib einen Vektor ​→n​an, der zu ​→a ​und ​ → b​normal ist! a) ​→a ​= (4 1 – 5 1 – 2), ​ → b ​= (3 1 3 1 – 1) b) ​→a ​= (​a 1​ 1 ​​a 2​ ​1 ​​a 3 ​), ​ → b​= (​b 1​ 1 ​​b 2​ ​1 ​​b 3 ​) LÖSUNG Wir setzen ​ →n ​= (x 1 y 1 z). a) Da ​→n ​© ​→a ​und ​→n ​© ​ → b​, muss gelten: b) Da ​→n ​© ​→a ​und ​→n ​© ​ → b​, muss gelten: ​{​ ​→a ​· ​→n​=4x–5y–2z=0 ​ ​ → b ​· ​→n​=3x+3y–z=0 ​{​ ​→a ​· ​→n ​= ​a 1 x​ + ​a 2 y​ + ​a 3 ​z = 0 ​ ​ → b ​· ​→n ​= ​b 1 ​x + ​b 2 y​ + ​b 3 ​z = 0 Setzt man für z eine beliebige reelle Setzt man für z eine beliebige reelle Zahl ein, etwa z = t mit t * ℝ, so ergibt Zahl ein, etwa z = t mit t * ℝ, so ergibt sich ein Gleichungssystem für x und y: sich ein Gleichungssystem für x und y: ​{​ 4x–5y=2t 3x+3y=t ​ ​{​ ​a 1 x​ + ​a 2 y​ =–a​ 3 t​ ​ b​ 1 x​ + ​b 2 y​ =–b​ 3 t​ ​ Löst man dieses Gleichungssystem (zB Löst man dieses Gleichungssystem, so mit Technologieeinsatz), so ergibt sich: ergibt sich: x = ​11 _ 27 ​·t,y=–​ 2 _ 27 ​·t,z=t x = ​ ​a 2 ​b​ 3 ​ ​– a​ 3 ​b​ 2 ​​ _ ​a 1 ​b​ 2 ​ ​– a​ 2 ​b​ 1 ​​ ​·t,y=​ ​a 3 ​b​ 1 ​ ​– ​a 1 ​b​ 3 ​​ _ ​a 1 ​b​ 2 ​ ​– ​a 2 ​b​ 1 ​​ ​·t,z=t Somit ist ​( ​11 _ 27 ​· t | –​ ​ 2 _ 27 ​· t | t​) ​für jedes t * ℝ Somit ist ​( ​ ​a 2 ​b​ 3 ​ ​– a​ 3 ​b​ 2 ​​ _ ​a 1 ​b​ 2 ​ ​– ​a 2 ​b​ 1 ​​ ​· t | ​ ​a 3 ​b​ 1 ​ ​– a​ 1 ​b​ 3 ​​ _ ​a 1 ​b​ 2 ​ ​– a​ 2 ​b​ 1 ​​ ​· t | t​)​ ein Normalvektor zu ​→a ​und ​ → b ​. für jedes t * ℝ ein Normalvektor zu ​→a ​und ​ → b ​. Da wir nur einen Normalvektor suchen, Da wir nur einen Normalvektor suchen, wählen wir der Einfachheit halber t = 27 wählen wir der Einfachheit halber und erhalten: t = ​a 1 ​b​ 2 ​ ​– ​a 2 ​b​ 1 ​ ​und erhalten: ​→n ​= (11 1 – 2 1 27) ​→n ​= (​a 2 ​b​ 3 ​ ​– ​a 3 ​b​ 2 ​​ 1 ​​a 3 ​​b​ 1 ​ ​– ​a 1 ​b​ 3 ​​ 1 ​​a 1 ​​b​ 2 ​ ​– ​a 2 ​b​ 1 ​)​ BEMERKUNG I n der Aufgabe 9.40 b) haben wir stillschweigend a​ 1 ​b​ 2 ​ ​– ​a 2 ​b​ 1 ​ ​≠ 0 vorausgesetzt. Der Vektor ​→n ​= (​a 2 ​b​ 3 ​ ​– ​a 3 ​b​ 2 ​​ 1 ​​a 3 ​​b​ 1 ​ ​– ​a 1 ​b​ 3 ​​ 1 ​​a 1 ​​b​ 2 ​ ​– ​a 2 ​b​ 1 ​​) ist aber auch dann zu ​ →a ​und ​ → b ​ normal, wenn ​a 1 ​b​ 2 ​ ​– ​a 2 ​b​ 1 ​ ​= 0 ist! Überprüfe dies selbst mit dem Skalarprodukt! E a g b a Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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