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Punkt und Gerade: kürzester Abstand und Spiegelpunkt bestimmen

Punkt und Gerade: kürzester Abstand und Spiegelpunkt bestimmen

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Lehrperson: Severina

Zusammenfassung

Punkt und Gerade: kürzester Abstand und Spiegelpunkt bestimmen

Kürzester Abstand von Punkt zu Geraden

Variante 1: Mit dem Skalarprodukt

Der Lotpunkt LL ist der Punkt auf der Gerade g mit dem kürzesten Abstand zu AA.

Gegeben sind: Gerade g: x=p+tu\vec{x}=\vec{p}+t\cdot\vec{u} und der Punkt AA.


VORGEHEN

1.

AL\vec{AL}​ bestimmen: AL=p+tu0A\vec{AL}=\vec{p}+t\cdot\vec{u}-\vec{0A}

Mathematik; Gerade; 3. Gymi; Punkt und Gerade: kürzester Abstand und Spiegelpunkt bestimmen

2.

AL\vec{AL}​ liegt senkrecht auf u\vec{u}.

Setze ALu=0\vec{AL}\cdot\vec{u}=0 und berechne tt (Gleichung lösen).

3.

Berechne den Abstand d=ALd=\left|\vec{AL}\right|.


Variante 2: Mit dem Vektorprodukt

Formel für den Abstand: d=PA×uud=\frac{\left|\vec{PA}\times\vec{u}\right|}{\left|\vec{u}\right|}

PA\vec{PA}​​

Verbindungsvektor zwischen Stützpunkt der Geraden und dem Punkt

u\vec{u}​​

Richtungsvektor der Geraden

Mathematik; Gerade; 3. Gymi; Punkt und Gerade: kürzester Abstand und Spiegelpunkt bestimmen


VORGEHEN

1.

Verbindungsvektor PA\vec{PA} zwischen dem Stützpunkt der Geraden und dem Punkt bestimmen.

2.

Alle Elemente in die Formel einsetzen.


Variante 3: Mit einer Hilfsebene

Mittels einer Hilfsebene den Lotpunkt AA​ berechnen.


VORGEHEN

1.

Hilfsebene EE bilden:

EE​ durch AA und senkrecht zu gg.

  • Normalenvektor ist der Richtungsvektor: n=u\vec{n}=\vec{u}
  • Stützpunkt ist der Ortsvektor von AA: 0A\vec{0A}

Gegeben:

g:   x=p+tu,    tRg:\ \ \ \vec{x}=\vec{p}+t\cdot\vec{u},\ \ \ \ t\in\mathbb{R}​​

A(xAyAzA)A(x_A|y_A|z_A)​​

Mathematik; Gerade; 3. Gymi; Punkt und Gerade: kürzester Abstand und Spiegelpunkt bestimmen

2.

Schnittpunkt LL zwischen EE und gg bilden.

3.

Abstand zwischen AA und SS bilden: d=ASd=\left|\vec{AS}\right|



Reflexion von Punkt an Geraden

Ein Punkt soll an einer Geraden gespiegelt werden.


Mit einer Hilfsebene

Gegeben sind die Gerade g:   x=p+tu,    tRg:\ \ \ \vec{x}=\vec{p}+t\cdot\vec{u},\ \ \ \ t\in\mathbb{R} und der Punkt A(xAyAzA)A(x_A|y_A|z_A). AA soll an gg gespiegelt werden.


VORGEHEN

1.

Hilfsebene EE bilden.

EE durch AA und senkrecht zu gg:

  • Normalenvektor: nE=u\vec{n_E}=\vec{u}
  • Stützpunkt A
Mathematik; Gerade; 3. Gymi; Punkt und Gerade: kürzester Abstand und Spiegelpunkt bestimmen

2.

Schnittpunkt LL zwischen EE und gg bilden.

3.

Gerade hh bilden:

  • Richtungsvektor: AS\vec{AS}
  • Stützpunkt A

4.

Streckfaktor tst_s des Schnittpunkts zwischen EE und gg berechnen.

5.

Streckfaktor des Schnittpunkts verdoppeln und in die Gerade einsetzen:

0A=0A+2tSu\vec{0A\prime}=\vec{0A}+2\cdot t_S\cdot\vec{u}​​

Somit erhält man den Reflektionspunkt AA’.




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Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie kann ich grafisch den Abstand zwischen einem Punkt und einer Geraden bestimmen?

Mit welcher Methode kann ich in der analytischen Geometrie den Reflexionspunkt bestimmen, wenn ein Punkt an einer Geraden gespiegelt werden soll?

Welche unterschiedlichen mathematischen Methoden gibt es in der analytischen Geometrie, um den Abstand von einem Punkt zu einer Geraden zu bestimmen?

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