Mathematik verstehen 6, Schulbuch

182 9 VEKTOREN IN ​ℝ 3​ Volumen eines Parallelepipeds L 9.56 Ein Prisma ABCDEFGH wie in der Abbildung wird als Parallelepiped bezeichnet. Berechne das Volumen V des Parallelepipeds mit A = (– 3 1 3 1 1), B = (3 1 5 1 3), C = (5 1 1 1 2), E = (–3 1 4 1 6)! LÖSUNG ​→a ​= ​ ⟶ AB ​= (6 1 2 1 2), ​ → b ​= ​ ⟶AD ​= ​ ⟶ BC ​= (2 1 – 4 1 – 1), ​→c ​= ​ ⟶ AE ​= (0 1 1 1 5) • Inhalt der Grundfläche: G = ​| ​→a ​× ​ → b ​|​ • Die Höhe h ist gleich dem Betrag der Normalprojektion des Vektors ​→c​auf den Vektor ​→a ​× ​ → b ​: h = ​ ​| ​→c ​· ( ​→a ​ × ​ → b ​) |​ __ ​| ​→a ​× ​ → b ​|​ ​ • V = G · h = ​| ​→a ​× ​ → b ​| ​· ​ ​| ​→c ​· ( ​→a ​ × ​ → b ​) |​ __ ​| ​→a ​ × ​ → b ​|​ ​= ​| ( ​→a ​× ​ → b ​) · ​→c ​| ​ V = ​| ​[ ​(​ 6 2 ​ 2​) ​× ​( ​ 2 – 4 ​ – 1 ​) ​] ​· ​( ​ 0 1 ​ 5​) ​| ​= ​| ​( ​ 6 10 ​ – 28​) ​· ​( ​ 0 1 ​ 5​) ​| ​= †0 + 10 – 140† = 130 In der letzten Aufgabe hat sich ergeben: Satz Für das Volumen V eines von den Vektoren ​→a ​, ​ → b ​, ​→c ​* ​ℝ 3 ​aufgespannten Parallelepipeds gilt: V = ​| ( ​→a ​× ​ → b ​) · ​→c ​|​ BEMERKUNG Da ein Parallelepiped auch als Spat bezeichnet wird, nennt man den Ausdruck ( ​→a ​× ​ → b ​) · ​→c ​das Spatprodukt der Vektoren ​→a ​, ​ → b ​und ​→c ​. 9.57 Fortsetzung von Aufgabe 9.56: Überprüfe durch Nachrechnen, dass auch die folgenden Vektoren ​→a ​, ​ → b ​, ​→c​ein Parallelepiped mit dem Volumen ​V = 130​ aufspannen! a) ​→a ​= ​ ⟶ AB ​, ​ → b ​= ​ ⟶ AC ​, ​→c ​= ​ ⟶ BE ​​ b) ​→a ​= ​ ⟶ AC ​, ​ → b ​= ​ ⟶ BE ​, ​→c ​= ​ ⟶ CE ​​ 9.58 Berechne das Volumen des Parallelepipeds mit der Grundfläche ABCD und der Deckfläche EFGH! a) A = (1 1 – 1 1 5), B = (3 1 2 1 5), F = (4 1 1 1 9), G = (8 1 2 1 6) b) B = (1 1 – 4 1 5), F = (9 1 7 1 7), G = (10 1 8 1 11), H = (12 1 4 1 7) c) A = (– 9 1 1 1 2),D = (–5 1 5 1 4), E = (–1 1 2 1 7), F = (5 1 – 1 1 8) d) C = (7 1 6 1 –2),D = (3 1 4 1 2), F = (6 1 – 1 1 1), H = (5 1 1 1 3) 9.59 Zeige für das Volumen V des von den Vektoren ​→a ​, ​ → b ​, ​→c ​* ​ℝ ​3 ​aufgespannten Körpers: a) dreiseitiges Prisma: ​V = ​1 _ 2 ​· ​| ​( ​ →a ​× ​ → b ​) ​· ​→c ​|​ b) dreiseitige Pyramide: V​ = ​1 _ 6 ​· ​| ​( ​ →a ​× ​ → b ​) ​· ​→c ​|​ 9.60 Berechne das Volumen der dreiseitige Pyramide ABCD! a) ​A = ​(– 1 1 4 1 8)​, B = ​(7 1 5 1 6)​, C = ​(3 1 2 1 5)​, D = ​(– 5 1 7 1 7)​ b) A = ​(0 1 – 9 1 1)​, B = ​(7 1 3 1 – 1)​, C = ​(10 1 – 1 1 – 3)​, D = ​(6 1 6 1 10)​ Ó Applet 3zv25i c A E F G H B C D h ×a b b a a c b AUFGABEN L Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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