/*! This file is auto-generated */ .wp-block-button__link{color:#fff;background-color:#32373c;border-radius:9999px;box-shadow:none;text-decoration:none;padding:calc(.667em + 2px) calc(1.333em + 2px);font-size:1.125em}.wp-block-file__button{background:#32373c;color:#fff;text-decoration:none} Problem 1 Angenommen, die Gerade \(G\) ist... [FREE SOLUTION] | 91影视

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Angenommen, die Gerade \(G\) ist die Schnittgerade der Ebenen \(E_{1}\) und \(E_{2}\), jeweils gegeben durch eine lineare Gleichung $$ \boldsymbol{n}_{i} \cdot \boldsymbol{x}-k_{i}=0, \quad i=1,2 $$ Stellen Sie die Menge aller durch \(G\) legbaren Ebenen dar als Menge aller linearen Gleichungen mit den Unbekannten \(\left(x_{1}, x_{2}, x_{3}\right)\), welche \(G\) als 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 enthalten.

Short Answer

Expert verified
Question: Provide the final form of the equation for all planes through the line G, given that G is the intersection of two planes E鈧 and E鈧 with linear equations represented by normal vectors n鈧 and n鈧 and constants k鈧 and k鈧. Answer: The final form of the equation for all planes through the line G is given by $$ \lambda\left(\boldsymbol{n}_2 - \boldsymbol{n}_1\right) \cdot \boldsymbol{x} = \lambda(k_2 - k_1), \quad \forall \lambda \in \mathbb{R} $$

Step by step solution

01

Express the equation of a plane through line G

To find the equation of a plane that contains the line G, we can take a linear combination of the equations for the planes E鈧 and E鈧. Let 位 be any real number. A linear combination of the equations for E鈧 and E鈧 can be written as $$ (1-\lambda)\ (\boldsymbol{n}_1 \cdot \boldsymbol{x} - k_1) + \lambda\ (\boldsymbol{n}_2 \cdot \boldsymbol{x} - k_2) = 0 $$ We will manipulate this equation to obtain the general equation of a plane.
02

Expand and simplify the equation of the plane

Expanding the equation from step 1, we get $$ (1 - \lambda) \boldsymbol{n}_1 \cdot \boldsymbol{x} - (1 - \lambda)k_1 + \lambda \boldsymbol{n}_2 \cdot \boldsymbol{x} - \lambda k_2 = 0 $$ Now, we can simplify the equation by moving all terms with 位 in them on one side and the other terms on the other side of the equation. $$ \left[\lambda\ \boldsymbol{n}_2 \cdot \boldsymbol{x} - \lambda\ k_2 - (1-\lambda)\ \boldsymbol{n}_1 \cdot \boldsymbol{x} + (1-\lambda) k_1\right] = 0 $$
03

Factor 位 from the expression

We will factor 位 from the left side of the equation obtained in step 2. $$ \lambda\left(\boldsymbol{n}_2 \cdot \boldsymbol{x} - k_2 - \boldsymbol{n}_1 \cdot \boldsymbol{x} + k_1\right) = 0 $$ Since 位 can be any real number, the equation represents any plane that can be drawn through the line G.
04

Write the final form of the equation for all planes through line G

From the equation obtained in step 3, we can write the final form of the equation of a plane containing line G as follows: $$ \lambda\left(\boldsymbol{n}_2 - \boldsymbol{n}_1\right) \cdot \boldsymbol{x} = \lambda(k_2 - k_1), \quad \forall \lambda \in \mathbb{R} $$ This equation represents the set of all linear equations of planes containing the line G.

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Key Concepts

These are the key concepts you need to understand to accurately answer the question.

Lineare Gleichung
Eine lineare Gleichung ist eine Gleichung ersten Grades, was bedeutet, dass die Unbekannten (wie z.B. \(x_{1}\), \(x_{2}\), \(x_{3}\)) ohne Exponenten oder komplexe Operationen wie Wurzeln oder Quadrate erscheinen. Betrachten wir die Gleichung einer Ebene im dreidimensionalen Raum, so formt sie eine lineare Gleichung der Form \(\boldsymbol{n} \times \boldsymbol{x} - k = 0\), mit \(\boldsymbol{n}\) als Normalenvektor der Ebene, \(\boldsymbol{x}\) als Vektor der Unbekannten und \(k\) als konstanter Term.

Die L枚sungen solcher Gleichungen sind Punkte (im zweidimensionalen Raum) oder Linien und Ebenen (im dreidimensionalen Raum), die ma脽geblich vom Kontext der Fragestellung abh盲ngen. In unserem Fall, in Bezug auf den Schnittpunkt zweier Ebenen, repr盲sentiert die lineare Gleichung genau die Gleichung der geraden Linie, die die zwei Ebenen schneidet.
Ebenengleichung
Die Ebenengleichung beschreibt geometrisch eine Fl盲che im dreidimensionalen Raum. Sie kann in verschiedenen Formen aufgestellt werden, zum Beispiel in der Normalenform oder Parameterform. Am h盲ufigsten verwendet man jedoch die allgemeine Form \(\boldsymbol{n}_{i} \times \boldsymbol{x}-k_{i}=0\), wobei \(\boldsymbol{n}_{i}\) der Normalenvektor ist, der senkrecht auf der Ebene steht, und \(k_{i}\) ist ein Skalar, der den Abstand vom Ursprung misst.

Bei der Schnittgeraden von zwei Ebenen bilden die Ebenengleichungen ein Gleichungssystem, dessen L枚sung die gemeinsame Linie darstellt, auf der alle Punkte liegen, die beiden urspr眉nglichen Ebenengleichungen gen眉gen. Die Besonderheit hier ist, dass wir nicht nur eine L枚sung suchen, sondern die Gleichung f眉r eine unendliche Menge von Ebenen erarbeiten, die durch die besagte Schnittgerade gehen.
尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别
Die 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 einer Gleichung oder eines Gleichungssystems umfasst alle m枚glichen L枚sungen, die die Gleichung(en) erf眉llen. Im Kontext der linearen Gleichungen beinhaltet die 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 alle L枚sungen, die bei Einsetzen in die Gleichung die Identit盲t der linken und rechten Seite best盲tigen.

Im Falle der Schnittgerade von Ebenen bezieht sich die 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 auf alle Ebenen, die dieselbe Schnittgerade teilen. Das ist eine bedeutende Erweiterung des Konzepts, da es nicht nur eine einzige L枚sung begutachtet, sondern eine Familie von L枚sungen, die eine gemeine Eigenschaft haben 鈥 durch die gleiche Linie zu gehen, die durch den Schnittpunkt der urspr眉nglichen Ebene entsteht.
Lineare Kombination
Unter einer linearen Kombination versteht man die Addition von skalierten (mit einem Faktor multiplizierten) Vektoren. In Bezug auf die Ebenengleichungen bedient man sich der linearen Kombination, um eine neue Ebene zu konstruieren, welche die Schnittgerade beider urspr眉nglichen Ebenen enth盲lt.

Dies wird erreicht, indem eine Gleichung in der Form \(\lambda(\boldsymbol{n}_2 \times \boldsymbol{x} - k_2) + (1 - \lambda)(\boldsymbol{n}_1 \times \boldsymbol{x} - k_1) = 0\) aufgestellt wird, wobei \(\lambda\) ein beliebiger reeller Parameter ist. Durch Variation von \(\lambda\) erhalten wir eine unbegrenzte Anzahl von Ebenen, die alle die urspr眉ngliche Schnittgerade als gemeinsame Schnittlinie haben. Es ist ein enorm n眉tzliches Werkzeug in der analytischen Geometrie, das uns hilft, nicht nur einzelne L枚sungen, sondern ganze L枚sungsr盲ume zu erkunden.

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\(G=p+\mathbb{R} \boldsymbol{u}\) mit \(\boldsymbol{p}=\left(\begin{array}{l}1 \\\ 1 \\ 2\end{array}\right)\) und \(\boldsymbol{u}=\left(\begin{array}{r}2 \\\ -2 \\ 1\end{array}\right)\) gegeben. Welcher Gleichung m眉ssen die Koordinaten \(x_{1}, x_{2}\) und \(x_{3}\) des Raumpunkts \(x\) gen眉gen, damit \(x\) auf demjenigen Drehkegel mit der Spitze \(p\) und der Achse \(G\) liegt, dessen halber 脰ffnungswinkel \(\varphi=30^{\circ}\) betr盲gt?

\bullet\( Angenommen, die Punkte \)\boldsymbol{p}_{1}, \boldsymbol{p}_{2}, \boldsymbol{p}_{3}, \boldsymbol{p}_{4}\( bilden ein regul盲res Tetraeder der Kantenl盲nge 1. Man zeige: a) Der Schwerpunkt \)s=\frac{1}{4}\left(\boldsymbol{p}_{1}+\boldsymbol{p}_{2}+\boldsymbol{p}_{3}+\boldsymbol{p}_{4}\right.\( ) hat von allen Eckpunkten dieselbe Entfernung. b) Die Mittelpunkte der Kanten \)\boldsymbol{p}_{1} \boldsymbol{p}_{2}, \boldsymbol{p}_{1} \boldsymbol{p}_{3}, \boldsymbol{p}_{4} \boldsymbol{p}_{3}\( und \)p_{4} p_{2}\( bilden ein Quadrat. Wie lautet dessen Kantenl盲nge? c) Der Schwerpunkt \)s$ halbiert die Strecke zwischen den Mittelpunkten gegen眉berliegender Kanten. Diese drei Strecken sind paarweise orthogonal.

Man beweise: Zwei Vektoren \(u, v \in \mathbb{R}^{3} \backslash\\{0\\}\) sind dann und nur dann zueinander orthogonal, wenn \(\|\boldsymbol{u}+\boldsymbol{v}\|^{2}=\|\boldsymbol{u}\|^{2}+\|\boldsymbol{v}\|^{2}\) ist.

\(G=\left(\begin{array}{l}1 \\ 1 \\\ 2\end{array}\right)+\mathbb{R}\left(\begin{array}{r}2 \\ -2 \\\ 1\end{array}\right)\) gegeben. Welcher Gleichung m眉ssen die Koordinaten \(x_{1}, x_{2}\) und \(x_{3}\) des Raumpunkts \(x\) gen眉gen, damit \(\boldsymbol{x}\) von \(G\) den Abstand \(r=3\) hat und somit auf dem Drehzylinder mit der Achse \(G\) und dem Radius \(r\) liegt?

Man beweise: F眉r zwei linear unabh盲ngige Vektoren \(\boldsymbol{u}, \boldsymbol{v} \in \mathbb{R}^{3}\) sind die zwei Vektoren \(\boldsymbol{u}-\boldsymbol{v}\) und \(\boldsymbol{u}+\boldsymbol{v}\) genau dann orthogonal, wenn \(\|\boldsymbol{u}\|=\|\boldsymbol{v}\|\) ist. Was hei脽t dies f眉r das von \(u\) und \(v\) aufgespannte Parallelogramm?

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