Koordinaten: Skalarprodukt, Betrag und Abstand

Über diese Lektion

Jahrgangsstufe 12 (erhöhtes Anforderungsniveau) › Analytische Geometrie: Vektoren, Skalarprodukt, Vektorprodukt

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Koordinaten: Skalarprodukt, Betrag und Abstand

Analytische Geometrie: Vektoren, Skalarprodukt, Vektorprodukt. Vektor, Koordinatensystem, Skalarprodukt, Betrag, Länge, orthogonal, Vektorprodukt, Kreuzprodukt

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Drei schnelle Fragen zu früheren Lektionen.

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In einem kartesischen Koordinatensystem ist u⃗=(1∣2∣2)\vec{u} = (1|2|2). Wie lang ist u⃗\vec{u}?

  1. 1+4+4=9=3\sqrt{1 + 4 + 4} = \sqrt{9} = 3." data-option="1">33
  2. 12+22+22=91^2 + 2^2 + 2^2 = 9 ist das Quadrat der Länge. Zieh noch die Wurzel." data-option="2">99
  3. 1+4+4\sqrt{1 + 4 + 4}." data-option="3">5\sqrt{5}

Die Grundidee

In einem kartesischen Koordinatensystem rechnet man alles mit den Koordinaten.

Für u⃗=(x∣y∣z)\vec{u} = (x|y|z) und v⃗=(x′∣y′∣z′)\vec{v} = (x'|y'|z'): u⃗∘v⃗=xx′+yy′+zz′\vec{u} \circ \vec{v} = xx' + yy' + zz' und ∣u⃗∣=x2+y2+z2|\vec{u}| = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2}.

AB‾=(xB−xA)2+(yB−yA)2+(zB−zA)2\overline{AB} = \sqrt{(x_B - x_A)^2 + (y_B - y_A)^2 + (z_B - z_A)^2}.

Beispiel

Sind u⃗=(2∣−1∣3)\vec{u} = (2|-1|3) und v⃗=(1∣5∣1)\vec{v} = (1|5|1) orthogonal?

u⃗∘v⃗=2⋅1+(−1)⋅5+3⋅1\vec{u} \circ \vec{v} = 2 \cdot 1 + (-1) \cdot 5 + 3 \cdot 1
Koordinaten paarweise multiplizieren, dann addieren.
u⃗∘v⃗=2−5+3=0\vec{u} \circ \vec{v} = 2 - 5 + 3 = 0
Ausrechnen.
Sie sind orthogonal.
Skalarprodukt null bedeutet orthogonal.

Du bist dran

Jetzt du: Berechne u⃗∘v⃗\vec{u} \circ \vec{v} für u⃗=(1∣2∣3)\vec{u} = (1|2|3) und v⃗=(4∣0∣2)\vec{v} = (4|0|2).

4+0+64 + 0 + 6
xx' + yy' + zz'.
1010
Die Summe.

Üben ★

  1. In einem kartesischen Koordinatensystem sind u⃗=(−3∣6∣2)\vec{u} = (-3|6|2) und v⃗=(3∣4∣−1)\vec{v} = (3|4|-1). Berechne u⃗∘v⃗\vec{u} \circ \vec{v}.
  2. In einem kartesischen Koordinatensystem sind u⃗=(−4∣2∣2)\vec{u} = (-4|2|2) und v⃗=(1∣2∣−1)\vec{v} = (1|2|-1). Berechne u⃗∘v⃗\vec{u} \circ \vec{v}.
  3. In einem kartesischen Koordinatensystem sind u⃗=(−2∣5∣2)\vec{u} = (-2|5|2) und v⃗=(5∣6∣−1)\vec{v} = (5|6|-1). Berechne u⃗∘v⃗\vec{u} \circ \vec{v}.

Vorsicht!

Üben ★★

  1. In einem kartesischen Koordinatensystem sind A(−2∣−4∣1)A(-2|-4|1) und B(−1∣−2∣3)B(-1|-2|3). Berechne den Abstand AB‾\overline{AB}.
  2. In einem kartesischen Koordinatensystem sind A(−4∣−2∣1)A(-4|-2|1) und B(0∣6∣9)B(0|6|9). Berechne den Abstand AB‾\overline{AB}.
  3. In einem kartesischen Koordinatensystem sind A(−2∣0∣1)A(-2|0|1) und B(0∣4∣5)B(0|4|5). Berechne den Abstand AB‾\overline{AB}.
  1. Für welchen Wert von tt sind u⃗=(3∣6∣1)\vec{u} = (3|6|1) und v⃗=(1∣1∣t)\vec{v} = (1|1|t) orthogonal?
  1. Berechne in einem kartesischen Koordinatensystem die Länge von u⃗=(1∣2∣2)\vec{u} = (1|2|2).

Abschlusscheck

Drei Fragen zum Abschluss: Sitzt es?

  1. In einem kartesischen Koordinatensystem sind u⃗=(−3∣6∣2)\vec{u} = (-3|6|2) und v⃗=(3∣4∣−1)\vec{v} = (3|4|-1). Berechne u⃗∘v⃗\vec{u} \circ \vec{v}.
  2. In einem kartesischen Koordinatensystem sind u⃗=(−4∣2∣2)\vec{u} = (-4|2|2) und v⃗=(1∣2∣−1)\vec{v} = (1|2|-1). Berechne u⃗∘v⃗\vec{u} \circ \vec{v}.
  3. In einem kartesischen Koordinatensystem sind u⃗=(−2∣5∣2)\vec{u} = (-2|5|2) und v⃗=(5∣6∣−1)\vec{v} = (5|6|-1). Berechne u⃗∘v⃗\vec{u} \circ \vec{v}.

Merkkarte

Im kartesischen Koordinatensystem

  • u⃗∘v⃗=xx′+yy′+zz′\vec{u} \circ \vec{v} = xx' + yy' + zz'.
  • ∣u⃗∣=x2+y2+z2|\vec{u}| = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2}.
  • AB‾=∣AB→∣\overline{AB} = |\overrightarrow{AB}|.

Achtung: Wurzel und dritte Koordinate nicht vergessen.

CC BY-SA 4.0