Sonnensegel
AFB I–IIEin dreieckiges Sonnensegel ist an den Punkten \(A(4\,|\,0\,|\,3)\), \(B(0\,|\,4\,|\,3)\) und \(C(0\,|\,0\,|\,5)\) befestigt (Angaben in Metern, \(x_3\) ist die Höhe).
- Geben Sie eine Parameterform der Ebene \(E\) an, in der das Segel liegt.
- Bestimmen Sie eine Koordinatenform von \(E\).
- Berechnen Sie die Länge der Kante \(AB\).
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(E:\ \vec x=\begin{pmatrix}4\\0\\3\end{pmatrix}+r\begin{pmatrix}-4\\4\\0\end{pmatrix}+s\begin{pmatrix}-4\\0\\2\end{pmatrix}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(\overrightarrow{AB}\times\overrightarrow{AC}=(4\cdot2-0\cdot0\,|\,0\cdot(-4)-(-4)\cdot2\,|\,(-4)\cdot0-4\cdot(-4))=(8\,|\,8\,|\,16)\), \(\vec n=(1\,|\,1\,|\,2)\); \(d=4+0+6=10\): \(E:\ x_1+x_2+2x_3=10\). Probe: B: \(4+6=10\), C: \(10\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(\lvert\overrightarrow{AB}\rvert=\sqrt{16+16+0}=\sqrt{32}\approx5{,}66\) m.
Laserstrahl auf das Segel
AFB II–IIIEin Laser steht im Punkt \(L(0\,|\,0\,|\,1)\) und strahlt in Richtung \(\vec u=(1\,|\,1\,|\,1)\). Das Sonnensegel aus Aufgabe 1 liegt in der Ebene \(E:\ x_1+x_2+2x_3=10\). Ein Mitschüler behauptet: „Der Strahl kann die Ebene gar nicht treffen, weil \(\vec u\) nicht senkrecht auf \(E\) steht.“
- Zeigen Sie, dass der Strahl die Ebene im Punkt \(S(2\,|\,2\,|\,3)\) trifft.
- Deuten Sie die Lage von \(S\) in Bezug auf das Segel.
- Ermitteln Sie den Winkel, unter dem der Strahl auf die Ebene trifft.
- Beurteilen Sie die Aussage des Mitschülers.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(g:\ \vec x=(r\,|\,r\,|\,1+r)\). Einsetzen: \(r+r+2(1+r)=4r+2=10\Rightarrow r=2\), also \(S(2\,|\,2\,|\,3)\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(S=\tfrac12(A+B)\): Der Strahl trifft genau die Mitte der Kante \(AB\), also den Rand des Segels.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(\sin\alpha=\dfrac{\lvert\vec u\cdot\vec n\rvert}{\lvert\vec u\rvert\cdot\lvert\vec n\rvert}=\dfrac{4}{\sqrt3\cdot\sqrt6}\approx0{,}943\Rightarrow\alpha\approx70{,}5^\circ\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Aussage ist falsch. Eine Gerade trifft eine Ebene nur dann nicht, wenn sie parallel zu ihr ist, also \(\vec u\perp\vec n\). Hier ist \(\vec u\cdot\vec n=4\ne0\) — der Strahl trifft die Ebene, nur eben schräg.
