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Sie sind hier: [Home] [Mathematik] [Lagebeziehung von Geraden und Ebenen] Lagebeziehung kommt als Begriff in der Schulmathematik vor, der sich auf die Beziehung zwischen Paaren von geometrischen Objektpunkten, geraden Linien und Ebenen bezieht. Die typischen Aufgaben in diesem Bereich sind: Wie ist die Beziehung zwischen einer bestimmten Geraden und einer Ebene (im dreidimensionalen Raum)? Die möglichen Antworten sind: Die Gerade schneidet die Ebene an einem Punkt oder die Gerade vermeidet die Ebene oder die Gerade ist in der Ebene enthalten. Lagebeziehungen von Ebenen und Geraden by Saskia Windolf. Die Art der Beantwortung hängt weitgehend von der Beschreibung der betreffenden Geraden oder der Ebene ab. Bei der Lösung verschiedener Positionsprobleme müssen lineare Gleichungen immer wieder gelöst werden. Das lineare Gleichungssystem wird hauptsächlich dadurch erzeugt, dass lineare Kombinationen von Vektoren gleich gemacht werden. Gerade – Gerade Zwei Geraden y = m 1 x + d 1, y = m 2 x + d 2 haben einen Schnittpunkt (Lösung des linearen Gleichungssystems), falls m 1 ≠ m 2 ist.
Gerade und Ebene Ist die Ebene parametrisiert gegeben, bestimmt man zunächst eine Koordinatengleichung. Eine Gerade x → = p → + t r → hat mit der Ebene ax + by + cz = d einen Schnittpunkt, falls die Gleichung a ( p 1 + tr 1) + b ( p 2 + tr 2) + c ( p 3 + tr 3) = d für t genau eine Lösung t 0 besitzt. Der Schnittpunkt ist dann p → + t 0 r → Besitzt die Gleichung keine bzw. unendlich viele Lösung(en), ist die Gerade zur Ebene parallel. (Diesen Fall kann daran erkannt werden, dass der Richtungsvektor der Gerade zum Normalenvektor ( a, b, c)T der Ebene senkrecht steht, d. h. ihr Skalarprodukt ist 0. ) Ebene zu Ebene Zwei Ebenen a 1 x + b 1 y + c 1 z = d 1, a 2 x + b 2 y + c 2 z = d 2 besitzen genau eine gemeinsame Gerade (Schnittgerade), falls die beiden Normalenvektoren ( a 1, b 1, c 1), (a 2, b 2, c 2) keine Vielfache voneinander (d. linear unabhängig) sind. Lagebeziehungen von geraden und ebenen. Die Schnittgerade ergibt sich als Lösung des linearen Gleichungssystems. Falls die Normalenvektoren linear abhängig sind, sind die Ebenen parallel und zwar identisch, falls die beiden Gleichungen Vielfache voneinander sind.
Punkte Ein Punkt kann entweder auf einer Geraden liegen oder nicht. Überprüfen können wir das mithilfe einer Punktprobe (vgl. Abschnitt Geraden). Genauso gilt das für Ebenen: Setzt man die Koordinaten des Punktes in eine Ebenengleichung ein und die Gleichung ist erfüllt, so liegt der Punkt auf der Ebene. Andernfalls können wir den Abstand des Punktes von der Ebene bzw. von einer Gerade berechnen (vgl. Abschnitt Abstände). Gerade – Gerade Wie zwei Geraden zueinander liegen können haben wir bereits im Kapitel Geraden betrachtet. Sie können entweder (echt) parallel, identisch, sich schneidend oder windschief verlaufen. Unterscheiden können wir die Fälle durch Betrachten der Richtungsvektoren und dem Versuch eines Schnittes (vgl. Kapitel Geraden). Gerade – Ebene Eine Gerade kann in einer Ebene liegen, parallel zu einer Ebene verlaufen oder aber die Ebene in einem Punkt S schneiden. Um die Fälle unterscheiden zu können, setzt man Geraden- und Ebenengleichung gleich und betrachtet die Lösungsmengen: Bei genau einer Lösung gibt es genau einen Schnittpunkt* (Fall 3), hat die Gleichung bzw. das Gleichungssystem keine Lösung gibt es keinen Schnittpunkt.