B: Gleichung der Kugel mit Zentrum M(3, -2, 1), die den Punkt P(1, 4, 4) enthält.

Ähnliche Dokumente
7. Abstandsprobleme. 7.1 Kürzester Abstand eines Punktes Q von einer Ebene

7 Lineare Gleichungssysteme

Durch Eliminieren der Wurzel erhalten wir die bekannte Kreisgleichung:

7 Lineare Gleichungssysteme

Übungsaufgaben Mathematik 3 MST Lösung zu Blatt 4 Differentialgleichungen

3 Flächen und Flächenintegrale

Abstände und Zwischenwinkel

Übungsaufgaben Mathematik III MST. Zu b) Klassifizieren Sie folgende Differentialgleichungen nach folgenden Kriterien : - Anfangswertproblem

Durch Ausmultiplizieren von Gleichung (1) erhält man eine Gleichung der Form

einführendes Beispiel: In der Skizze ist die durch die Punkte A(2, 4, 3) B(2, 6, 2) C(4, 4, 2) festgelegte Ebene ε dargestellt.

Vektorrechnung Raumgeometrie

5. Gegenseitige Lage von Geraden und Ebenen. 5.1 Gegenseitige Lage zweier Geraden (siehe Kap. 3.2) 5.2: Schnittpunkt einer Geraden mit einer Ebene

a) Im Berührungspunkt müssen die y-werte und die Steigungen übereinstimmen:

8 (z.b.) (1 P.) z. (0.5 P.) (0.5 P.) x. (z.b.) (0.5 P.) z

Lösung Matura 6J und 6K (2007)

Achsen eines Parallelogramms. Eckart Schmidt

Michael Buhlmann Mathematik > Vektorrechnung > Kreuzprodukt

Lernkarten. Analytische Geometrie. 6 Seiten

Grundwissen Abitur Geometrie 15. Juli 2012

Kursstufe K

Mathematische Probleme, SS 2013 Donnerstag $Id: quadratisch.tex,v /08/12 09:49:46 hk Exp $ c a b = 1 3. tan(2φ) =

5. Geraden und Ebenen im Raum 5.1. Lineare Abhängigkeit und Unabhängigkeit von Vektoren

Aufgaben zu Exponentialgleichungen

Vorlesung: Analysis II für Ingenieure. Wintersemester 09/10. Michael Karow. Themen: Flächen und Flächenintegrale

Lösung Arbeitsblatt Vektoren

Vektorrechnung: Anwendungsaufgaben zu Graden und Ebenen

Schnitt zweier Ebenen

Überlegen Sie, ob es weitere Verfahren zur Berechnung des Abstandes eines Punktes von einer Geraden gibt, die ggf. einfacher durchzuführen sind.

Analytische Geometrie II

Koordinatengeometrie. Aufgabe 4 Untersuchen Sie die Funktion f(x) = x² 9.

Kegelschnitte im Schülerseminar

1 Rund um die Kugel. a) Mathematische Beschreibung

EINFÜHRUNG IN DIE TENSORRECHNUNG

Bildentstehung, Spiegel und Linsen Bildentstehung bei Planspiegeln und sphärischen Spiegeln

a) Bestimmen Sie die Gleichung des Kreises in der Form x 2 +y 2 +ax+by+c = 0 und zeigen Sie, dass der Punkte A( 3 7) auf dem Kreis liegt.

Geometrie. Bei der Addition von Vektoren erhält man einen Repräsentanten des Summenvektors +, indem man die Repräsentanten von aneinanderfügt:

Pflichtteil Wahlteil Analysis Wahlteil Analysis Wahlteil Analysis Wahlteil Analytische Geometrie 1...

Analytische Geometrie I

Wird ein Kreiskegel von einer Ebene geschnitten, welche zu einer Mantellinie des Kegels parallel ist, so entsteht als Schnittkurve eine Parabel.

Welche Lagen können zwei Geraden (im Raum) zueinander haben? Welche Lagen kann eine Gerade bezüglich einer Ebene im Raum einnehmen?

Pflichtteilaufgaben zu Gegenseitige Lage, Abstand, Baden-Württemberg

Herbst b) Bestimmen Sie die Gleichung der Tangente t und Ihren Schnittpunkte A mit der x-achse. t geht durch B(1/2) und hat die Steigung m=-6 :

7.6. Prüfungsaufgaben zu Normalenformen

Lineare Funktionen. Die lineare Funktion

Rauten-Mitten-Kegelschnitte zu vier Geraden. Eckart Schmidt. 1. Vorbemerkungen

Definition und Eigenschaften von elliptischen Funktionen Thomas Regier. 1. Verdoppelung des Lemniskatenbogens und erweitertes Additionstheorem

Einführung in das mathematische Arbeiten im SS Geraden und Ebenen

72 Grundlagen der konstruktiven Geometrie

Vektorprodukt. Satz: Für a, b, c V 3 und λ IR gilt: = a b + a c (Linearität) (Linearität) b = λ

Kegelschnitte. Mathematik I ITB. Kegelschnitte. Prof. Dr. Karin Melzer

Aufgaben mit Ebenen. Parameterform Normalenform Koordinatenform. Darstellung = + r + s =0 ax 1 + bx 2 + cx 3 = d. Beispiel

Das Wichtigste auf einen Blick

2.5. Aufgaben zu Dreieckskonstruktionen

Unterrichtsreihe zur Parabel

Demo: Mathe-CD. Kugel - Grundlagen. Vektorgeometrie. Kugel und Kreis Teil 1. Friedrich Buckel. Stand 16.

Anwendungsaufgaben zur Vektorrechnung (Abstände bestimmen)

Vorkurs Mathematik Intensiv. Vektoren, Skalarprodukte und Geraden in der Ebene Musterlösung

Passerellen Prüfungen 2009 Mathematik

Zusammenfassung Lineare Algebra und Analytische Geometrie

entspricht der Länge des Vektorpfeils. Im R 2 : x =

Lösungen der 1. Lektion

Lagebeziehungen. Titel Beschreibung Allgemeine Vorgehensweise Beispiel. Lage zwischen Geraden. g und h gleichsetzen. LGS lösen.

Basistext Geraden und Ebenen

3 Vektoren. 3.1 Kartesische Koordinaten in Ebene und Raum. Höhere Mathematik 60

1 + λ 0, die Geraden h : x =

1.1. Geradengleichung aus Steigung und y-achsenabschnitt

Lösungen IV ) β = 54,8 ; γ = 70,4 106) a) 65 b) 65 (115?) d) 57,5

Blatt 14.2: Integralsätze von Gauß und Stokes

Mathematikaufgaben > Vektorrechnung > Parallelogrammpyramide

Mathematik I für MB und ME

Übungen: Tangenten an ganzrationale Funktionen Lösungen und Lösungshinweise

Vektorraum. Ist =, so spricht man von einem reellen Vektorraum, ist =, so spricht man von einem komplexen

n n x a 1 a 2 = 0 n 1 x 1 + n 2 x 2 + ( n 1 a 1 n 2 a 2 )

Konstruktion von Kreistangenten

Mathematik verstehen 7 Lösungsblatt Aufgabe 6.67

1 aus allen 3 Zeilen folgt t = 1, also liegt A auf g. Orsvektor und Richtungsvektor der Geraden werden übernommen, den zweiten Spannvektor bekommt

(0, 3, 4) (3, 3, 4) (3, 3, 0)

Blatt 12: Satz von Gauss, Satz von Stokes

AUFGABENSAMMLUNG ZUM LEHRGEBIET. AUTOMATISIERUNGSTECHNIK bzw. KONTINUIERLICHE SYSTEME

Elementare Geometrie Vorlesung 19

Teil 4. Aufgaben Nr. 14 bis 18 Hier nur Lösung von Nr. 14. Auf der Mathematik-CD befinden sich alle Lösungen

Vektorrechnung Aufgabe aus Abiturprüfung Bayern GK

1 Pythagoräische Zahlentripel

7.7. Aufgaben zu Abständen und Winkeln

Abiturprüfung Baden-Württemberg 1986

AMPELABFRAGE LINEAREN FUNKTIONEN. Lineare Funktionen. Autor: Volker Altrichter

Zeichnen Sie die Geraden mit den Gleichungen: a) y = 4 x + 1; b) 2y + 3x = 7; c) f(x) = 1 x 3 ; d) x -2 x + 3

Mathematische Probleme, SS 2015 Montag $Id: quadratisch.tex,v /06/22 12:08:41 hk Exp $


MATHEMATIK-WETTBEWERB 2010/2011 DES LANDES HESSEN

matheskript Analysis Teil II GEBROCHENRATIONALE und EXPONENTIALFUNKTIONEN 12. Klasse 2014 Jens Möller

Vektorgeometrie. Schattenspiele. Anwendungen. Friedrich Buckel. Datei Nr INTERNETBIBLIOTHEK FÜR SCHULMATHEMATIK. Stand 24.

Maße des Modellmondes Radius Modellmond Abstand Modellmond-Modellsonne

a und _ b und _ d nur die Bewegung vor zurück des Portals. b) _ _ b r _ 2 = ; linear unabhängig 1 2 ( 3) ; linear abhängig

Kurvenintegral, Tangenten

Lokale Eigenschaften des Hilbert-Symbols

Übungsblatt

Übungen Mathematik I, M

Computer Vision I. Nikos Canterakis. Lehrstuhl für Mustererkennung, Universität Freiburg

Transkript:

5 0. Die Kgel 0. Die Kgelgleichng Def. Unter der Kgel k mit Mittelpnkt M nd adis verstehen wir die Menge aller Pnkte P, die vom Mittelpnkt M einen vorgegebenen abstand haben, für die also gilt: MP MP oder in Koordinaten : k: ( x x M ) ( y ym ) ( z zm ) Kgelgleichng () M(x M, y M, z M ) Kgelmittelpnkt, adis, P(x, y, z) Kgelpnkt B: Gleichng der Kgel mit Zentrm M(, -, ), die den Pnkt P(, 4, 4) enthält. MP 6 MP 7 k: (x ) + (y + ) + (z ) = 49 Zsatzfragen: a) In welchen Pnkten schneidet k die z-achse? x = y = 0 9 + 4 + (z ) = 49 z - = 6 führt af die Schnittpnkte S (0, 0, 7) S (0, 0, -5) b) Schneide die Kgel k mit der xy-ebene? z = 0 (x ) + (y + ) + ( ) = 49 (x ) + (y + ) = 48 k schneidet die xy-ebene in einem Kreis mit Mittelpnkt Z(,-) nd adis = 48 Drch Asmltiplizieren von Gleichng () erhält man eine Gleichng der Form: x + y + z + ax + by + cz + d = 0 () Kgel 0.04.99/l

54 Umgekehrt kann jede Gleichng der Form () drch qadratische Ergänzng af die Form () gebracht werden nd stellt somit eine Kgel dar (allenfalls mit adis 0 oder imaginärem adis). B: Die Gleichng x + y + z - x + 8y - 4z - 4 = 0 kann in der folgenden Form dargestellt werden: x - x + + y + 8y + 4 + z - 4z + = 4 + + 4 + = 5 bzw. (x ) + (y + 4) + (z ) = 5 Kgel mit Mittelpnkt M(, -4, ) adis = 5 Weitere Beispiele: x + y + z - 4x + 6y - z - 5 = 0 M(, -,,) adis = 7 x + y + z - 4x + y - 0z + 6 = 0 M(, -, 5) adis = x + y + z + 6x - y - 4z + 5 = 0 M(-,, ) adis = 0.. Schnitt einer Geraden mit einer Kgel, Kgeltangente Afgabe: Berechne die Koordinaten des Schnittpnkte der Geraden 4 g : r t mit der Kgel k: Mittelpnkt M(,,-), adis = 7. Setzt man die Koordinaten eines Geradenpnktes in die Kgelgleichng k: (x ) + (y - ) + (z + ) = 49 ein, so führt dies af die qadratische Gleichng t =. Die geschten Schnittpnkte sind S (5, -, 4), S (-, 4, 0). Allg. Das Problem, eine Kgel mit einer Geraden z schneiden, führt af eine qadratische Gleichng im Parameter t mit der Diskriminante D. Fälle: D > 0 D = 0 D < 0 g schneidet k in verschiedenen Pnkten g ist Kgeltangente g meidet die Kgel Kgel 0.04.99/l

55 Afgabe: Die Gerade 0 g : r t 5 ist Tangente einer Kgel k mit Mittelpnkt M(,,4). Bestimme den Kgelradis nd den Berührngspnkt B von t mit k. Das Problem ist eine Einkleidng der Grndafgabe, den kürzesten Abstand eines Pnktes von einer Geraden z bestimmen. Mögliche Lösngswege (siehe ach den Abschnitt Abstand eines Pnktes von einer Geraden ):. Variante Der Pnkt B af g ist so z bestimmen, dass der Vektor MB af der Geraden g, d.h. af dem ichtngsvektor der Geraden, senkrecht steht. t t t MB t t 5 t 4 t MB t 6t 6 0 t Berührngspnkt B(,, ) adis MB 5 t =. Variante Der Berührngspnkt B ist der Schnittpnkt der Normalebene Geraden g. Der ichtngsvektor von g ist ein Normalenvektor von Ansatz für : x + y z + d = 0 M(/ / 4) d = : x + y z + = 0 Schneidet man mit g, so führt dies af t = Berührngspnkt B(,, ), nd adis = 5 z t drch M mit der Kgel 0.04.99/l

56. Variante Ist nr der adis gescht, so kann man ach folgendermassen vorgehen: Der Vektor MA (A ist der Anfangspnkt der Geraden g) nd der ichtngsvektor von g spannen ein Parallelogramm af. Sein Flächeninhalt kann einerseits elementar (Grndlinie, Höhe ) nd andrerseits mit dem Vektorprodkt berechnet werden. Damit gilt: MA MA MA MA 5 MA 0 0 6 5 Uebngsafgabe: Kgelmittelpnkt M(-, 5, -4), Tangente Lösng: Kgelradis: = 7 6 g : r 5 t 7 Kgel 0.04.99/l

57 0.. Schnitt einer Kgel mit einer Ebene, Kgeltangentialebene Die Tangentialebene der Kgel k(m,r) im Kgelpnkt T steht af dem Berührngsradis senkrecht. MT ist also ein Normalenvektor von. Afgabe: Gegeben ist die Kgel k drch den Mittelpnkt M(/ -4/ ) nd den adis = 6 Bestimme eine Gleichng der Kgeltangentialebenen, die z der Ebene : x - y + z - 0 = 0 parallel sind. Bestimme znächst die Berührngspnkte der beiden Tangentialebenen. Wir tragen daz af dem Lot z drch den Kgelmittelpnkt M von M as den Kgelradis ab. Da der ichtngsvektor des Lots Berührngspnkten gehörigen Parameterwerte bzw.. die Länge hat, sind die z den Berührngspnkt T (6/ -6/ 7) Tangentialebene : x - y + z - = 0. Berührngspnkt T (-/ -/ -) Tangentialebene : x - y + z + 4 = 0. Lösngsvariante mit HNF: Ansatz für,: x - y + z + d = 0 Der Parameter d ist so z bestimmen, dass der Kgelmittelpnkt M von der Tangentialebene den Abstand hat. ( 4) d 6 d + 4 = 8 d = 4 bzw. d = - Anwendng: eflexion eines Lichtstrahls an einer Kgel Gegeben ist die Kgel drch den Mittelpnkt M(/ / 0) nd den Kgelpnkt T. Ein von L(6/ 9/ 7) asgehender Lichtstrahl wird an der Kgel in T reflektiert. Wo trifft der reflektierte Strahl die xy-ebene? eflexion an der Tangentialebene in T : x + y + z - 9 = 0 6 L an spiegeln Lot l af : l : r 9 t Der zm Lotfsspnkt F gehörige Parameterwert ist t F = - Der zm Spiegelpnkt L gehörige Parameterwert ist damit t = t F = -4 L (-//) LT ist ein ichtngsvektor des reflektierten Strahls l : r 4 5 t Der reflektierte Strahl trifft die xy-ebene in (7/ 7/ 0) t Kgel 0.04.99/l

58 Beim Schnitt einer Kgel k(m,) mit einer Ebene können Fälle aftreten: Sei e der Abstand des Mittelpnkts M von der Ebene e > e = e < meidet k ist Tangentialebene schneidet as der Kgel einen Kreis mit Mittelpnkt Z nd adis Z ist der Schnittpnkt des Lots as M af ergibt sich nach Pythagoras z e B: k: (x ) + (y + ) + (z ) = 5 : x + y + z 0 = 0 M(, -, ) hat von den Abstand e = 9 Mittelpnkt des Schnittkreis Z(6, 5, 7), = Kgel 0.04.99/l