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Vektoren: Normalenform und Koordinatengleichung

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Lehrperson: Martin

Zusammenfassung

Vektoren: Normalenform und Koordinatengleichung 

Die Normalenform ist eine Möglichkeit eine Ebenengleichung darzustellen. 


Definition

Eine Gleichung in der Normalenform beschreibt eine Ebene mittels eines Normalenvektors n\overrightarrow n und eines Stützvektors p\overrightarrow p. Der Normalenvektor ist ein Vektor der senkrecht zur Ebene steht, während der Stützpunkt der Ortsvektor eines Punktes in der Ebene ist. Die Normalenform ist dann wie folgt definiert:

(x+p)n=0(\overrightarrow x+\overrightarrow p)\cdot\overrightarrow n=0​​



Relation zur Koordinatengleichung

Es ist möglich eine Ebenengleichung in Normalenform in eine Koordinatengleichung umzurechnen und umgekehrt. 


Erinnerung – Die Koordinatengleichung einer Ebene ist von der Form  ax+by+cz=d\ ax+by+cz=d


Von Koordinatengleichung zu Normalenform

VORGEHEN

1.

Schreibe die Koeffizienten auf der linken Seite des Gleichheitszeichens in der Koordinatengleichung in einen Vektor. Dieser Vektor ist der Normalenvektor:

n=(abc)\overrightarrow n = \begin{pmatrix}a\\b\\c\end{pmatrix}​​

2.

Finde einen Punkt P(xp,yp,zp)P(x_p,y_p,z_p) der die Koordinatengleichung erfüllt. Schreibe die Koordinaten in einen Vektor. Dieser Vektor ist ein Stützvektor der Normalenform:

p=(xpypzp)\overrightarrow p = \begin{pmatrix}x_p\\y_p\\z_p\end{pmatrix}​​

3.

Stelle die Gleichung auf.


Von der Normalenform zur Koordinatengleichung

VORGEHEN

1.

Schreibe die Einträge des Normalenvektors als Koeffizienten in die Koordinatengleichung:

n=(n1n2n3)n1x+n2y+n3z=d\overrightarrow n=\begin{pmatrix}n_1\\n_2\\n_3\end{pmatrix} \Rightarrow n_1x+n_2y+n_3z=d​​

2.

Setze die Einträge des Stützvektors in die Gleichung ein um  zu berechnen:

p=(xpypzp)d=n1xp+n2yp+n3zp\overrightarrow p=\begin{pmatrix}x_p\\y_p\\z_p\end{pmatrix} \Rightarrow d=n_1x_p+n_2y_p+n_3z_p​​

3.

Stelle die Gleichung auf.


BeispielStelle die zugehörige Koordinatengleichung zur folgenden Normalenform auf.

((xyz)(201))(345)=0\left(\left(\begin{matrix}x\\y\\z\\\end{matrix}\right)-\left(\begin{matrix}-2\\0\\1\\\end{matrix}\right)\right)\cdot\left(\begin{matrix}3\\4\\5\\\end{matrix}\right)=0​​


Schritt 1.

3x+4y+5z=d3x+4y+5z=d​​

Schritt 2.

d=3(2)+40+51=(1)d=3\cdot\left(-2\right)+4\cdot0+5\cdot1=(-1)​​

Schritt 3.

3x+4y+5z=(1)3x+4y+5z=(-1)​​




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Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Was ist der Stützvektor?

Was ist ein Normalvektor?

Was ist die Normalvektorform?

Was bringt die Normalenform?

Was ist eine Normalenform?

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