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Drei Geraden und eine Pyramide Aufgabe mit Matura-/Abiturniveau

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Aufgabe

Gegeben sind die beiden parallelen Geraden p und q, sowie eine dritte Gerade g.

         (     )    (    )                                         (    )    (     )
             3         2                                              2         -3
p : r(t) =  - 2   + t   2        q geht durch Q( 5|6 |1)     g : r(s) =  1   + s    1
             3         1                                              7          0
  1. Wie gross ist der Abstand von p und q?
  2. Unter welchem Winkel schneidet g die von p und q aufgespannte Ebene?
  3. Eine (gerade) quadratische Pyramide hat ihre Spitze S auf der Geraden g; je zwei benachbarte Ecken der Grundfläche liegen auf p bzw. q. Welche Koordinaten hat der Punkt S?
  4. Wie lauten die Koordinaten eines weiteren Eckpunktes der Pyramide?

Lösung

  1. d = 6
    Eine mögliche Vorgehensweise: Man durchstösst eine beliebige Normalebene von p und q mit den beiden Geraden. Der Abstand des Durchstosspunkte entspricht dem gesuchten Abstand der Geraden.
  2.         o
a  ~~  47.55
    Winkel zwischen dem Normalenvektor der Ebene und dem Richtungsvektor der gerade berechnen.
  3. S(- 4|3 |7)  . Mittelnormalebene zwischen p und q mit g schneiden liefert den gesuchten Punkt S.
  4. Die 4 Eckpunkte sind: P1(1 |-4 |2)  , P2(5 |0|4 )  , P3(- 1|0 |-2)  , und P4(3 |4 |0)  .
    Normalebene zu p (und q) legen, von der S den Abstand ± 3  hat. Durchstosspunkt mit p und q liefern die Eckpunkte.