Analytische Geometrie-Lagebeziehung-Gerade - Gerade
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Beispiel Nr: 07
$\begin{array}{l} \text{Gegeben:}
\text{Gerade 1: }
\vec{x} =\left(
\begin{array}{c}
a1 \\
a2 \\
a3 \\
\end{array}
\right) + \lambda
\left(
\begin{array}{c}
b1 \\
b2 \\
b3 \\
\end{array}
\right) \\
\text{Gerade 2: }
\vec{x} =\left(
\begin{array}{c}
c1 \\
c2 \\
c3 \\
\end{array}
\right) + \sigma
\left(
\begin{array}{c}
d1 \\
d2 \\
d3 \\
\end{array}
\right) \\
\text{Gesucht:}
\text{Die Lage der Geraden zueinander.}
\\ \\ \textbf{Gegeben:} \\
\text{Gerade 1: }
\vec{x} =\left(
\begin{array}{c}
-3 \\
1 \\
5 \\
\end{array}
\right) + \lambda
\left(
\begin{array}{c}
1 \\
2 \\
-3 \\
\end{array}
\right) \\
\text{Gerade 2: }
\vec{x} =\left(
\begin{array}{c}
1 \\
5 \\
-3 \\
\end{array}
\right) + \sigma
\left(
\begin{array}{c}
5 \\
4 \\
-1 \\
\end{array}
\right) \\
\\ \\ \textbf{Rechnung:} \\
\text{Gerade 1: }
\vec{x} =\left(
\begin{array}{c}
-3 \\
1 \\
5 \\
\end{array}
\right) + \lambda
\left(
\begin{array}{c}
1 \\
2 \\
-3 \\
\end{array}
\right) \\
\text{Gerade 2: }
\vec{x} =\left(
\begin{array}{c}
1 \\
5 \\
-3 \\
\end{array}
\right) + \sigma
\left(
\begin{array}{c}
5 \\
4 \\
-1 \\
\end{array}
\right) \\
\text{Richtungsvektoren: } \\
\left(
\begin{array}{c}
1 \\
2 \\
-3 \\
\end{array}
\right) =k \cdot
\left(
\begin{array}{c}
5 \\
4 \\
-1 \\
\end{array}
\right) \\
\begin{array}{cccc}
1&=&+5 k& \quad /:5 \quad \Rightarrow k=\frac{1}{5} \\
2&=&+4 k & \quad /:4 \quad \Rightarrow k=\frac{1}{2} \\
-3&=&-1 k & \quad /:-1 \quad \Rightarrow k=3 \\
\end{array} \\
\\ \Rightarrow \text{Geraden sind nicht parallel} \\ \left(
\begin{array}{c}
-3 \\
1 \\
5 \\
\end{array}
\right) + \lambda
\left(
\begin{array}{c}
1 \\
2 \\
-3 \\
\end{array}
\right) =
\left(
\begin{array}{c}
1 \\
5 \\
-3 \\
\end{array}
\right) + \sigma
\left(
\begin{array}{c}
5 \\
4 \\
-1 \\
\end{array}
\right) \\
\begin{array}{cccccc}
-3& +1\lambda &=& 1& +5\sigma& \quad /+3 \quad /-5 \sigma\\
1& +2\lambda &=& 5& +4 \sigma& \quad /-1 \quad /-4 \sigma\\
5& -3\lambda &=& -3& -1 \sigma& \quad /-5 \quad /+1 \sigma\\
\end{array} \\
\\I \qquad 1 \lambda -5 \sigma =4\\
II \qquad 2 \lambda -4 \sigma = 4 \\
III \qquad -3 \lambda -1 \sigma = -8 \\ \\
\text{Aus 2 Gleichungen }\lambda \text{ und } \sigma \text{ berechnen } \\
I \qquad 1 \lambda -5 \sigma =4 \qquad / \cdot2\\
II \qquad 2 \lambda -4 \sigma = 4 \qquad / \cdot\left(-1\right)\\
I \qquad 2 \lambda -10 \sigma =8\\
II \qquad -2 \lambda +4 \sigma = -4 \\
\text{I + II}\\
I \qquad 2 \lambda -2 \lambda-10 \sigma +4 \sigma =8 -4\\ -6 \sigma = 4 \qquad /:\left(-6\right) \\
\sigma = \frac{4}{-6} \\
\sigma=-\frac{2}{3} \\
\sigma \text{ in I}\\
I \qquad 2 \lambda -10 \cdot \left(-\frac{2}{3}\right) =8 \\
2 \lambda +6\frac{2}{3} =8 \qquad / -6\frac{2}{3} \\
2 \lambda =8 -6\frac{2}{3} \\
2 \lambda =1\frac{1}{3} \qquad / :2 \\
\lambda = \frac{1\frac{1}{3}}{2} \\
\lambda=\frac{2}{3} \\
\lambda \text{ und } \sigma \text{ in die verbleibende Gleichung einsetzen} \\
III \quad 5+\frac{2}{3}\cdot\left(-3\right)=-3-\frac{2}{3}\cdot\left(-1\right) \\
3=-2\frac{1}{3} \\ \text{Geraden sind windschief} \\
\end{array}$