Eine dreieckige Zeltplane
AFB I–IIEine Zeltplane ist zwischen den Punkten \(A(4|0|0)\), \(B(0|3|0)\) und der Mastspitze \(S(0|0|5)\) gespannt (1 LE = 1 m). Der Mast steht im Ursprung.
- Berechnen Sie die Längen der Kanten \(\overline{AB}\) und \(\overline{AS}\).
- Bestimmen Sie den Innenwinkel der Plane bei \(A\).
- Zeigen Sie, dass der Mast \(\overline{OS}\) senkrecht auf der Bodenkante \(\overline{AB}\) steht.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(\overrightarrow{AB}=(-4|3|0)\), \(|\overrightarrow{AB}|=5\) m; \(\overrightarrow{AS}=(-4|0|5)\), \(|\overrightarrow{AS}|=\sqrt{41}\approx6{,}40\) m.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AS}=16\); \(\cos\alpha=\tfrac{16}{5\sqrt{41}}\approx0{,}4998\Rightarrow\alpha\approx60{,}0^\circ\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(\overrightarrow{OS}\cdot\overrightarrow{AB}=(0|0|5)\cdot(-4|3|0)=0\). Die Richtungen sind orthogonal — auch wenn sich Mast und Kante nicht schneiden.
Ein Quadrat im Raum
AFB II–IIIGegeben sind \(A(1|1|0)\), \(B(5|3|0)\) und \(D(-1|5|0)\); \(ABCD\) ist ein Parallelogramm.
- Weisen Sie nach, dass \(ABCD\) ein Quadrat ist, und geben Sie \(C\) an.
- Ermitteln Sie den Winkel zwischen der Diagonale \(\overline{AC}\) und der Seite \(\overline{AB}\).
- Beweisen Sie mit dem Skalarprodukt: In jedem Quadrat stehen die Diagonalen senkrecht aufeinander.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(\overrightarrow{AB}=(4|2|0)\), \(\overrightarrow{AD}=(-2|4|0)\): \(\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AD}=-8+8=0\) und \(|\overrightarrow{AB}|=|\overrightarrow{AD}|=\sqrt{20}\). Also Quadrat; \(C=B+\overrightarrow{AD}=(3|7|0)\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(\overrightarrow{AC}=(2|6|0)\), \(\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AC}=20\), \(\cos\alpha=\tfrac{20}{\sqrt{20}\cdot\sqrt{40}}=\tfrac{1}{\sqrt2}\Rightarrow\alpha=45^\circ\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Diagonalen \(\overrightarrow{AC}=\vec a+\vec b\), \(\overrightarrow{DB}=\vec a-\vec b\). \((\vec a+\vec b)\cdot(\vec a-\vec b)=|\vec a|^2-|\vec b|^2=0\), weil alle Seiten gleich lang sind. Der Beweis braucht den rechten Winkel gar nicht — er gilt für jede Raute.
