Punktprobe: Punkt in Ebene?
Um zu überprüfen, ob ein Punkt in der Ebene liegt, nutzt man die Punktprobe.
Vorgehensweise
- Ortsvektor des Punktes (P/N) oder seine Koordinaten (K) einsetzen.
- Gleichung (N/K) oder Gleichungssystem (P) lösen
- Überprüfen, ob lösbar
P - Parametergleichung
N - Normalengleichung
K - Koordinatengleichung
Merke
Beispiel (Parameterform)
$P(2|1|1)$,
$\text{E: } \vec{x} = \begin{pmatrix} 3 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix} + r \cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}$ $+ s \cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 5 \\ 2 \end{pmatrix}$
-
$P$ einsetzen
Der Ortsvektor (Vektor mit den Koordinaten des Punktes) von $P$ wird für $\vec{x}$ in $E$ eingesetzt.$\begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}$ $=\begin{pmatrix} 3 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix} + r \cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}$ $+ s \cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 5 \\ 2 \end{pmatrix}$
-
Gleichungssystem aufstellen
Nun stellen wir ein Gleichungssystem auf und lösen es. Jede Zeile ist eine Gleichung.- $2=3+r+s$
- $1=r+5s$
- $1=2s$
Aus III. erhält man $s=\frac12$, was in II. eingesetzt wird.
$1=r+5\cdot\frac12\quad|-\frac52$
$r=-\frac32$ -
Probe mit I.
$r$ und $s$ werden in die nicht genutzte Gleichung (hier: I.) zur Probe eingesetzt.$2=3+r+s$
Da es keinen Widerspruch gibt und es sich um eine wahre Aussage handelt, liegt der Punkt in der Ebene.
$2=3-\frac32+\frac12$
$2=2$
Beispiel (Normalenform)
$P(2|1|-1)$,
$\text{E: } \left(\vec{x} - \begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}\right) \cdot \begin{pmatrix} 2 \\ -2 \\ 4 \end{pmatrix}=0$
-
$P$ einsetzen
Der Ortsvektor (Vektor mit den Koordinaten des Punktes) von $P$ wird für $\vec{x}$ in $E$ eingesetzt.$\left(\begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ -1 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}\right) \cdot \begin{pmatrix} 2 \\ -2 \\ 4 \end{pmatrix}$ $=0$
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Gleichung lösen
Die Gleichung kann erst vereinfacht werden.$\begin{pmatrix} 2-2 \\ 1-1 \\ -1-1 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 2 \\ -2 \\ 4 \end{pmatrix}=0$
$\begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ -2 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 2 \\ -2 \\ 4 \end{pmatrix}=0$
Nun wendet man das Skalarprodukt auf der linken Seite der Gleichung an.
$0\cdot2+0\cdot(-2)+(-2)\cdot4$ $=0$
$-8\neq0$
=> Widerspruch, Punkt liegt nicht in der Ebene
Beispiel (Koordinatenform)
$P(2|1|1)$,
$\text{E: } 2x-2y+4z=6$
-
Koordinaten von $P$ einsetzen
Die einzelnen Koordinaten von $P$ werden für x, y und z eingesetzt.$2\cdot2-2\cdot1+4\cdot1=6$
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Gleichung lösen
Die Gleichung kann sehr einfach gelöst werden.$2\cdot2-2\cdot1+4\cdot1=6$
$6=6$=> wahre Aussage, der Punkt liegt in der Ebene