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Beschreiben wir den Normalenvektor durch die drei Koordinaten x, y, z führt das auf diese beiden Gleichungen Rechnen wir die Skalarprodukte aus und schreiben die Gleichungen untereinander, so ergibt das ein Gleichungssystem aus zwei Gleichungen mit drei Unbekannten Die erste Gleichung ergibt notwendig y = 0. Die zweite Gleichung hat mehr als eine Lösung. Da wir nur eine benötigen, können wir einen der beiden Parameter – entweder x oder z frei wählen. Umwandlung von Normalenform in Koordinatenform - Matheretter. Wählen wir z. B. z = 5 so ist zwangsläufig x = 3. Damit ist also ein möglicher Normalenvektor (eine Probe würde schnell bestätigen, dass die entsprechenden Skalarprodukte mit den beiden Richtungsvektoren aus der Parametergleichung jeweils Null ergeben). Tipp: Man kann natürlich auch einen Normalenvektor von Hand oder mit einem Taschenrechner berechnen, indem man das Kreuzprodukt (Vektorprodukt) → u x → v der beiden Richtungsvektoren bildet. Insgesamt erhaltet wir somit die folgende Normalenform für die vorliegende Ebene Man mache sich klar, dass es unendlich viele äquivalente Normalengleichungen für ein und dieselbe Ebene gibt – man braucht ja dafür bloß einen Punkt aus der Ebene (wovon es unendlich viele gibt) und einen zur Ebene senkrechten Vektor (auch davon gibt es unendlich viele)!
In der analytischen Geometrie spielen Ebenen eine große Rolle. Ähnlich wie bei Geraden gibt es bei Ebenen auch eine Parametergleichung, die jedoch einen Stützvektor und zwei Richtungsvektoren besitzt. $\text{E:} \vec{x} = \vec{a} + r \cdot \vec{u} + s \cdot \vec{v}$ $\vec{x}$ ist der allgemeine Ebenenvektor $\vec{a}$ ist der Stützvektor $\vec{u}, \vec{v}$ sind die Richtungsvektoren $r, s$ sind Parameter! Merke Eine Ebene ist durch drei Punkte eindeutig definiert. Parametergleichung aus 3 Punkten Wenn 3 Punkte $A$, $B$, $C$ gegeben sind, lässt sich eine Parametergleichung der Ebene leicht aufstellen. $\text{E:} \vec{x} = \vec{OA} + r \cdot \vec{AB} + s \cdot \vec{AC}$ i Vorgehensweise Ortsvektor eines Punktes als Stützvektor Richtungsvektoren: zwei beliebige Verbindungsvektoren der gegebenen Punkte Stütz- und Richtungsvektoren einsetzen Beispiel Bestimme eine Parametergleichung der Ebene $E$ durch die Punkte $A(2|1|1)$, $B(3|2|1)$ und $C(3|6|3)$. Ortsvektor $\vec{OA}=\begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}$ Verbindungsvektoren $\vec{AB}$ $=\begin{pmatrix} 3-2 \\ 2-1 \\ 1-1 \end{pmatrix}$ $=\begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}$ $\vec{AC}$ $=\begin{pmatrix} 3-2 \\ 6-1 \\ 3-1 \end{pmatrix}$ $=\begin{pmatrix} 1 \\ 5 \\ 2 \end{pmatrix}$ Einsetzen $\text{E:} \vec{x} = \vec{OA} + r \cdot \vec{AB} + s \cdot \vec{AC}$ $\text{E:} \vec{x} = \begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix} + r \cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}$ $+ s \cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 5 \\ 2 \end{pmatrix}$
Lesezeit: 2 min Wie dies geht, haben wir bereits bei Umwandlung von Parameterform in Koordinatenform geklärt. Hier sei der Weg noch einmal dargestellt: Gegebene Normalenform: ((x | y | z) - (0 | 2 | -1)) · (-12 | -11 | -5) = 0 (X - A) · N = 0 Wir können ablesen: A = (0 | 2 | -1) N = (-12 | -11 | -5) Mit dem Normalenvektor N und dem Vektor A können wir die Koordinatenform aufstellen: Koordinatenform: X · N = A · N X · (-12 | -11 | -5) = (0 | 2 | -1) · (-12 | -11 | -5) | rechts das Skalarprodukt berechnen (x | y | z) · (-12 | -11 | -5) = 0*(-12) + 2*(-11) + (-1)*(-5) (-12)·x + (-11)·y + (-5)·z = -17 bzw. -12·x - 11·y - 5·z = -17