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Mathematik

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Kugel und Ebene: Lagebeziehungen und Aufgaben

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Kugel und Ebene: Lagebeziehungen und Aufgaben

Lage von Kugel und Ebene

d ist der Abstand der Ebene zum Mittelpunkt der Kugel.


Fälle

Mathematik; Kreise und Kugeln; 3. Gymi; Kugel und Ebene: Lagebeziehungen und Aufgaben



Lage von Kugel und Ebene bestimmen

Mit dem Abstand

VORGEHEN

1.

Berechne den Abstand d der Ebene zum Mittelpunkt der Kugel.

2.

Vergleiche den Abstand mit dem Radius der Kugel:

  • d<rd<r​: Ebene schneidet die Kugel.
  • d=rd=r​: Ebene tangiert (berührt) die Kugel in einem Punkt.
  • d>rd>r​: Ebene schneidet oder berührt die Kugel nicht.


Tangentialebene

Tangentialebene einer Kugel bestimmen

Die Kugel K und ein Punkt T auf der Oberfläche der Kugel ist gegeben.


VORGEHEN

Ebene E aufstellen: E:   n(x y z )=n0TE:\ \ \ \vec{n}\cdot\left(x\ y\ z\ \right)=\vec{n}\cdot\vec{0T}

n\vec{n}​ ist der Vektor von M nach T: n=MT(n=r)\vec{n}=\vec{MT} (\left|\vec{n}\right|=r) 

0T\vec{0T}​ ist der Stützvektor der Ebene.

Mathematik; Kreise und Kugeln; 3. Gymi; Kugel und Ebene: Lagebeziehungen und Aufgaben


Schnittkreis

Schnittkreis einer Kugel und Ebene bestimmen

Die Kugel K und eine Ebene E sind gegeben. Die Ebene schneidet die Kugel.


VORGEHEN

1.

Erstelle die Hilfsgerade g:

  • Richtungsvektor: n\vec{n} der Schnittebene
  • Stützpunkt: Mittelpunkt M der Kugel
Mathematik; Kreise und Kugeln; 3. Gymi; Kugel und Ebene: Lagebeziehungen und Aufgaben

2.

Berechne den Schnittpunkt S von g und E. 

S ist der Mittelpunkt des Schnittkreises.

3.

Berechne den Radius: r=r2MS2r\prime=\sqrt{r^2-\left|\vec{MS}\right|^2}



Berührungspunkt

Berührpunkt einer Kugel und Ebene bestimmen

Die Kugel K und eine Ebene E sind gegeben. Die Ebene berührt die Kugel.


VORGEHEN

1.

Erstelle die Hilfsgerade g:

  • Richtungsvektor: n\vec{n}​ der Schnittebene
  • Stützpunkt: Mittelpunkt M der Kugel
Mathematik; Kreise und Kugeln; 3. Gymi; Kugel und Ebene: Lagebeziehungen und Aufgaben


2.

Berechne den Schnittpunkt T von g und E. 

T ist der Mittelpunkt des Schnittkreises.







Nicht weitergekommen mit der Lektion? Dann erarbeite Dir zuerst diese Grundlage:

Ebenen in Parameter- und Koordinatengleichung

Kreise und Kugeln: Lagebeziehungen und Formeln

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

FAQs

  • Frage: Wie berechne ich einen Berührungspunkt?

    Antwort: Du streckst den Normalvektor der Ebene auf die Länge des Radius der Kugel und addierst ihn zum Ortsvektor des Kreismittelpunkts.

  • Frage: Wann berührt eine Ebene eine Kugel?

    Antwort: Eine Kugel berührt eine Ebene genau dann, wenn der Abstand der Ebene zum Kugelmittelpunkt dem Radius der Kugel entspricht.

  • Frage: Wie können Kugeln und Ebenen zueinander liegen?

    Antwort: Es gibt drei Möglichkeiten. Entweder sie schneiden sich nicht, sie berühren sich in einem Punkt oder sie schneiden sich in einem Kreis.

Theorie

Übungen