Mathe Lagebeziehungen von Ebenen Punkt und Ebene (Punktprobe)

Punktprobe: Punkt in Ebene?

Um zu überprüfen, ob ein Punkt in der Ebene liegt, nutzt man die Punktprobe.

i

Vorgehensweise

Je nach Ebenengleichung variiert die Vorgehensweise:

  1. Ortsvektor des Punktes (P/N) oder seine Koordinaten (K) einsetzen.
  2. Gleichung (N/K) oder Gleichungssystem (P) lösen
  3. Überprüfen, ob lösbar

P - Parametergleichung
N - Normalengleichung
K - Koordinatengleichung

!

Merke

Der Punkt liegt genau dann in der Ebene, wenn sich die Gleichung bzw. das Gleichungssystem lösen lässt.

Beispiel (Parameter­form)

$P(2|1|1)$,
$\text{E: } \vec{x} = \begin{pmatrix} 3 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix} + r \cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}$ $+ s \cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 5 \\ 2 \end{pmatrix}$

  1. $P$ einsetzen

    Der Ortsvektor (Vektor mit den Koordinaten des Punktes) von $P$ wird für $\vec{x}$ in $E$ eingesetzt.

    $\begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}$ $=\begin{pmatrix} 3 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix} + r \cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}$ $+ s \cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 5 \\ 2 \end{pmatrix}$

  2. Gleichungssystem aufstellen

    Nun stellen wir ein Gleichungssystem auf und lösen es. Jede Zeile ist eine Gleichung.
    1. $2=3+r+s$
    2. $1=r+5s$
    3. $1=2s$

    Aus III. erhält man $s=\frac12$, was in II. eingesetzt wird.

    $1=r+5\cdot\frac12\quad|-\frac52$
    $r=-\frac32$

  3. Probe mit I.

    $r$ und $s$ werden in die nicht genutzte Gleichung (hier: I.) zur Probe eingesetzt.

    $2=3+r+s$
    $2=3-\frac32+\frac12$
    $2=2$

    Da es keinen Widerspruch gibt und es sich um eine wahre Aussage handelt, liegt der Punkt in der Ebene.

Beispiel (Normalen­form)

$P(2|1|-1)$,
$\text{E: } \left(\vec{x} - \begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}\right) \cdot \begin{pmatrix} 2 \\ -2 \\ 4 \end{pmatrix}=0$

  1. $P$ einsetzen

    Der Ortsvektor (Vektor mit den Koordinaten des Punktes) von $P$ wird für $\vec{x}$ in $E$ eingesetzt.

    $\left(\begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ -1 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 2 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}\right) \cdot \begin{pmatrix} 2 \\ -2 \\ 4 \end{pmatrix}$ $=0$

  2. 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)

$P(2|1|1)$,
$\text{E: } 2x-2y+4z=6$

  1. Koordinaten von $P$ einsetzen

    Die einzelnen Koordinaten von $P$ werden für x, y und z eingesetzt.

    $2\cdot2-2\cdot1+4\cdot1=6$

  2. 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