Vektorrechnung: Unterschied zwischen den Versionen
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Sei $A(x_1 \vert x_2 \vert ... \vert x_n)$ ein Punkt in der Dimension $n$, dann ist $\vec{0A} = \left( \begin{array}{c} x_1 \\ x_2 \\ ... \\ x_n \end{array} \right)$ dessen Ortsvektor. | Sei $A(x_1 \vert x_2 \vert ... \vert x_n)$ ein Punkt in der Dimension $n$, dann ist $\vec{0A} = \left( \begin{array}{c} x_1 \\ x_2 \\ ... \\ x_n \end{array} \right)$ dessen Ortsvektor. | ||
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| Falls das Applet nicht angezeigt wird, klicke [https://www.geogebra.org/m/ZvayFJPu hier] | | Falls das Applet nicht angezeigt wird, klicke [https://www.geogebra.org/m/ZvayFJPu hier] | ||
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| Falls das Applet nicht angezeigt wird, klicke [https://www.geogebra.org/m/zuvd6gSD hier] | | Falls das Applet nicht angezeigt wird, klicke [https://www.geogebra.org/m/zuvd6gSD hier] | ||
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Vektoren können unterschiedliche Richtungen haben, aber auch parallel zueinander oder gar identisch sein. Optisch lässt sich das oft sehr leicht erkennen. Die Lage von Vektoren zueinander kann aber auch rechnerisch überprüft werden. | Vektoren können unterschiedliche Richtungen haben, aber auch parallel zueinander oder gar identisch sein. Optisch lässt sich das oft sehr leicht erkennen. Die Lage von Vektoren zueinander kann aber auch rechnerisch überprüft werden. | ||
| − | {{Vorlage:Definition |Unter einem Vektor versteht man die Menge aller gleich langen, gleich gerichteten und gleich orientierten Pfeile. | + | {{Vorlage:Definition|Unter einem Vektor versteht man die Menge aller gleich langen, gleich gerichteten und gleich orientierten Pfeile. |
Der Start- bzw. Endpunkt spielen dabei keine Rolle!}} | Der Start- bzw. Endpunkt spielen dabei keine Rolle!}} | ||
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3. Berechne $\parallel \vec{QS} \parallel$.}} | 3. Berechne $\parallel \vec{QS} \parallel$.}} | ||
In der Grafik rechts hätten wir z. B. die Angabe $g: X = \left( \begin{array}{c} 2 \\ 1 \end{array} \right) + \lambda \cdot \left( \begin{array}{c} 3 \\ 1 \end{array} \right)$ und $Q(3|4)$. Du kannst das zur Übung durchrechnen. | In der Grafik rechts hätten wir z. B. die Angabe $g: X = \left( \begin{array}{c} 2 \\ 1 \end{array} \right) + \lambda \cdot \left( \begin{array}{c} 3 \\ 1 \end{array} \right)$ und $Q(3|4)$. Du kannst das zur Übung durchrechnen. | ||
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====Hesse'sche Abstandsformel==== | ====Hesse'sche Abstandsformel==== | ||
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[[Datei:Spiegeln.png|thumb|right|250px|Gespiegelter Punkt Q']]Gegeben sei ein Punkt $Q(x_Q|y_Q)$ und eine Gerade $g: X = P + t \cdot \vec{a}$. Es gilt den Punkt $Q$ an der Gerade $g$ zu spiegeln, und so den Punkt $Q'$ zu erhalten. Dazu befolgst du die Vorgehensweise von "Normalabstand Punkt - Gerade" bis du den Vektor $\vec{QS}$ erhältst und trägst diesen vom Punkt $S$ ab, also: | [[Datei:Spiegeln.png|thumb|right|250px|Gespiegelter Punkt Q']]Gegeben sei ein Punkt $Q(x_Q|y_Q)$ und eine Gerade $g: X = P + t \cdot \vec{a}$. Es gilt den Punkt $Q$ an der Gerade $g$ zu spiegeln, und so den Punkt $Q'$ zu erhalten. Dazu befolgst du die Vorgehensweise von "Normalabstand Punkt - Gerade" bis du den Vektor $\vec{QS}$ erhältst und trägst diesen vom Punkt $S$ ab, also: | ||
$$Q' = S + \vec{QS}$$ | $$Q' = S + \vec{QS}$$ | ||
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=Im $\mathbb{R^3}$= | =Im $\mathbb{R^3}$= | ||
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| − | '''Berechnen der | + | '''Berechnen der Schnittgeraden'''<br /> |
Erkennt man durch Betrachtung der Normalvektoren zweier Ebenen, dass diese einander schneiden müssen, so kann man diese Schnittgerade berechnen. Dazu erstellt man aus den beiden Ebenengleichungen ein lineares Gleichungssystem in $3$ Unbekannten. $2$ Gleichungen - $3$ Unbekannte: Wir werden hier nicht für alle Unbekannten einen Zahlenwert erhalten, können aber $2$ Unbekannte in Abhängigkeit der dritten darstellen. Diese dritte Unbekannte wird uns als Parameter für die Darstellung der Geraden dienen. Zur Veranschaulichung ein Beispiel: | Erkennt man durch Betrachtung der Normalvektoren zweier Ebenen, dass diese einander schneiden müssen, so kann man diese Schnittgerade berechnen. Dazu erstellt man aus den beiden Ebenengleichungen ein lineares Gleichungssystem in $3$ Unbekannten. $2$ Gleichungen - $3$ Unbekannte: Wir werden hier nicht für alle Unbekannten einen Zahlenwert erhalten, können aber $2$ Unbekannte in Abhängigkeit der dritten darstellen. Diese dritte Unbekannte wird uns als Parameter für die Darstellung der Geraden dienen. Zur Veranschaulichung ein Beispiel: | ||
{{Vorlage:Beispiel|1=Gegeben seien die beiden Ebenen $\epsilon _1 : x + y + z = 3$ und $\epsilon _2 : x - 3y + 2z = 1$. Wie wir weiter oben schon festgestellt haben, müssen diese Ebenen einander schneiden, da die beiden Normalvektoren der Ebenen $\vec{n_1}=\left( \begin{array}{c} 1 \\ 1 \\ 1 \end{array} \right)$ und $\vec{n_2}=\left( \begin{array}{c} 1 \\ -3 \\ 2 \end{array} \right)$ linear unabhängig sind, also $\nexists \lambda \in \mathbb{R} : \vec{n_1} = \lambda \cdot \vec{n_2}$.<br /> | {{Vorlage:Beispiel|1=Gegeben seien die beiden Ebenen $\epsilon _1 : x + y + z = 3$ und $\epsilon _2 : x - 3y + 2z = 1$. Wie wir weiter oben schon festgestellt haben, müssen diese Ebenen einander schneiden, da die beiden Normalvektoren der Ebenen $\vec{n_1}=\left( \begin{array}{c} 1 \\ 1 \\ 1 \end{array} \right)$ und $\vec{n_2}=\left( \begin{array}{c} 1 \\ -3 \\ 2 \end{array} \right)$ linear unabhängig sind, also $\nexists \lambda \in \mathbb{R} : \vec{n_1} = \lambda \cdot \vec{n_2}$.<br /> | ||
| − | Wir wählen nun eine der Koordinaten als Parameter, z. B. $z=t$ und stellen das Gleichungssystem auf. | + | :::: Wir wählen nun eine der Koordinaten als Parameter, z. B. $z=t$ und stellen das Gleichungssystem auf. |
|2= | |2= | ||
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==Pyramidenbeispiel== | ==Pyramidenbeispiel== | ||
| − | [[Datei:Pyramidebsp.png|thumb|right|350px|Pyramide]]Gegeben seien 3 Eckpunkte $A(-2 | + | [[Datei:Pyramidebsp.png|thumb|right|350px|Pyramide]]Gegeben seien $3$ Eckpunkte $A(-2 \vert -2 \vert 1), B(2 \vert -2 \vert 1), C(2 \vert 2 \vert 1)$ der quadratischen Grundfläche und die Spitze $S(0 \vert 0 \vert 6)$ einer geraden (gerade bedeutet, dass die Spitze in einem rechten Winkel über dem Mittelpunkt der Grundfläche der Pyramide liegt) Pyramide. |
Gesucht sind: | Gesucht sind: | ||
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# die Parameterdarstellung der Trägergeraden $h$ der Höhe | # die Parameterdarstellung der Trägergeraden $h$ der Höhe | ||
# die Fläche der Grundfläche | # die Fläche der Grundfläche | ||
| − | # die Geradengleichung der Geraden $g_{AS}$ auf der $A$ und $S$ liegen in a)Parameterform und b)parameterfreier Form | + | # die Geradengleichung der Geraden $g_{AS}$ auf der $A$ und $S$ liegen in a) Parameterform und b) parameterfreier Form |
# Der Winkel $\alpha$ zwischen den Vektoren $\vec{AS}$ und $\vec{AC}$ | # Der Winkel $\alpha$ zwischen den Vektoren $\vec{AS}$ und $\vec{AC}$ | ||
# Zeige, dass der Schnittpunkt der Geraden $g_{AS}$ und $h$ gleich die Spitze $S$ ist | # Zeige, dass der Schnittpunkt der Geraden $g_{AS}$ und $h$ gleich die Spitze $S$ ist | ||
| − | # Gib die Ebenengleichung $\epsilon$ der Grundfläche in a)Parameterform, b)Normalform und c)allgemeiner Ebenengleichung an | + | # Gib die Ebenengleichung $\epsilon$ der Grundfläche in a) Parameterform, b) Normalform und c) allgemeiner Ebenengleichung an |
# Berechne den Fußpunkt $M$ der Höhe, indem du $h$ und $\epsilon$ schneidest | # Berechne den Fußpunkt $M$ der Höhe, indem du $h$ und $\epsilon$ schneidest | ||
| + | <br \> | ||
1. $D = A + \vec{BC} = \left( \begin{array}{c} -2 \\ -2 \\ 1 \end{array} \right) + \left( \begin{array}{c} 0 \\ 4 \\ 0 \end{array} \right) = \left( \begin{array}{c} -2 \\ 2 \\ 1 \end{array} \right)$<br /><br /> | 1. $D = A + \vec{BC} = \left( \begin{array}{c} -2 \\ -2 \\ 1 \end{array} \right) + \left( \begin{array}{c} 0 \\ 4 \\ 0 \end{array} \right) = \left( \begin{array}{c} -2 \\ 2 \\ 1 \end{array} \right)$<br /><br /> | ||
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=Beispiele= | =Beispiele= | ||
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| + | == Interaktive Übungen == | ||
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| + | === Quiz: Grundlagen und geometrische Deutung von Vektoren und Rechenoperationen (AG 3.1-3.3) === | ||
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| + | <br> | ||
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| + | === Quiz: Vektoren - Geraden in der Ebene (AG 3.4) === | ||
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| + | }} | ||
| + | <br> | ||
| + | |||
| + | === Quiz: Vektoren - Geraden im Raum (AG 3.4) === | ||
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| + | }} | ||
| + | <br> | ||
| + | |||
| + | === Quiz: Normalvektoren (AG 3.5) === | ||
| + | {{#widget:Iframe | ||
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| + | }} | ||
| + | <br> | ||
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| + | == Weitere Aufgaben == | ||
===Grundlagen der Vektorrechnung=== | ===Grundlagen der Vektorrechnung=== | ||
| − | [ | + | [https://www1.vobs.at/maturawiki/index.php?action=ajax&title=-&rs=SecureFileStore::getFile&f=/9/99/VektorrechnungGLBspAngabe.pdf VektorrechnungGLBspAngabe.pdf]<br /> |
| − | [ | + | [https://www1.vobs.at/maturawiki/index.php?action=ajax&title=-&rs=SecureFileStore::getFile&f=/0/00/VektorrechnungGLBspL%C3%B6sung.pdf VektorrechnungGLBspLösung.pdf] |
===Vektorrechnung im $\mathbb{R^2}$=== | ===Vektorrechnung im $\mathbb{R^2}$=== | ||
| − | [ | + | [https://www1.vobs.at/maturawiki/index.php?action=ajax&title=-&rs=SecureFileStore::getFile&f=/7/7f/VektorrechnungR2BspAngabe.pdf VektorrechnungR2BspAngabe.pdf]<br /> |
| − | [ | + | [https://www1.vobs.at/maturawiki/index.php?action=ajax&title=-&rs=SecureFileStore::getFile&f=/f/ff/VektorrechnungR2BspL%C3%B6sung.pdf VektorrechnungR2BspLösung.pdf] |
===Vektorrechnung im $\mathbb{R^3}$=== | ===Vektorrechnung im $\mathbb{R^3}$=== | ||
| − | [ | + | [https://www1.vobs.at/maturawiki/index.php?action=ajax&title=-&rs=SecureFileStore::getFile&f=/b/b0/VektorrechnungR3BspAngabe.pdf VektorrechnungR3BspAngabe.pdf] <br/> |
| − | [ | + | [https://www1.vobs.at/maturawiki/index.php?action=ajax&title=-&rs=SecureFileStore::getFile&f=/8/84/VektorrechnungR3BspL%C3%B6sung.pdf VektorrechnungR3BspLösung.pdf] |
| + | |||
| + | [[Kategorie: Algebra und Geometrie]] | ||


