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Übungen: Lage zweier Geraden

Identisch, parallel, schneidend oder windschief — zwei Fragen reichen, wenn man sie in der richtigen Reihenfolge stellt.

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Übungsaufgaben

Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.

A1
Kollinear zu u
AFB I

Geben Sie alle Vektoren an, die zu \(\vec u=(2|{-}4|6)\) kollinear sind.

Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Kollinear heißt: ein Vielfaches von u — mit den Faktoren 0,5, −1,5, 2 und −0,5. Bei (2|4|6) und (1|2|−3) passt ein Vorzeichen nicht.
Teilen Sie jede Koordinate durch die entsprechende Koordinate von \(\vec u\).
Alle drei Quotienten müssen gleich sein — auch im Vorzeichen.
A2
Welche Lage?
AFB I

Ordnen Sie jede Beschreibung der passenden Lage zu.

Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1identisch
2echt parallel
3schneidend
4windschief
Erst entscheidet die Richtung (kollinear oder nicht), dann der gemeinsame Punkt. Die Stromleitung und die Straße laufen in verschiedene Richtungen und treffen sich nicht — windschief.
Stellen Sie zu jeder Karte die zwei Fragen: Richtungen kollinear? Gemeinsamer Punkt?
Windschief gibt es nur im Raum: verschiedene Richtungen, trotzdem kein Treffpunkt.
A3
Punktprobe mit Parameter
AFB I

Der Punkt \(P(5|t|{-}1)\) liegt auf \(g\colon\ \vec x=(1|2|3)+r\cdot(2|{-}1|{-}2)\). Bestimmen Sie \(t\).

Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Aus der ersten Zeile \(1+2r=5\) folgt \(r=2\). Probe dritte Zeile: \(3-4=-1\) ✓. Zweite Zeile: \(t=2-2=0\).
Nutzen Sie die Zeile, in der kein \(t\) vorkommt, um \(r\) zu bestimmen.
Mit \(r=2\) die zweite Koordinate berechnen.
A4
Geradenpaare zuordnen
AFB II

Untersuchen Sie die vier Geradenpaare und verbinden Sie jedes mit seiner Lage.

Zuerst die Richtungsvektoren vergleichen.
Bei kollinearen Richtungen: Liegt der Stützpunkt von h auf g?
A5
Gleichsetzen
AFB II

Gegeben sind \(g\colon\ \vec x=(1|1|0)+r\cdot(1|2|1)\) und \(h\colon\ \vec x=(4|5|5)+s\cdot(0|1|2)\). Lösen Sie das Gleichungssystem aus den ersten beiden Zeilen.

Beide Werte eintragen, Enter prüft. Die dritte Zeile ist danach Ihre Probe.
I: \(1+r=4\Rightarrow r=3\). II: \(1+2r=5+s\Rightarrow s=2\). III: \(r=5+2s\) wäre \(3=9\) — Widerspruch. Die Richtungen sind nicht kollinear, also sind \(g\) und \(h\) windschief.
Zeile I enthält nur \(r\).
Setzen Sie \(r=3\) in Zeile II ein und prüfen Sie danach Zeile III.
A6
Quotiententest
AFB II

Überprüfen Sie mit Quotienten, ob die Richtungsvektoren kollinear sind: Tragen Sie \(v_i:u_i\) ein.

Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Paarv₁ : u₁v₂ : u₂v₃ : u₃
u = (2|−3|4), v = (−5|7,5|−10)
u = (1|2|4), v = (3|6|10)
Paar 1: alle Quotienten −2,5, also v = −2,5·u — kollinear. Paar 2: 3, 3, aber 2,5 — nicht kollinear. Eine einzige abweichende Koordinate reicht.
Rechnen Sie z. B. \(-5:2\), \(7{,}5:(-3)\), \(-10:4\).
Bei Paar 2 lohnt sich der genaue Blick auf die dritte Koordinate.
A7
Kreuztabelle
MixAFB II

Werten Sie jedes Geradenpaar nach den drei Eigenschaften aus.

Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
FallRichtungen kollineargemeinsamer Punktwindschief
g: (1|1|1)+r(1|0|2), h: (3|1|5)+s(−1|0|−2)
g: (0|2|0)+r(1|1|0), h: (0|0|1)+s(2|2|0)
g: (1|0|0)+r(1|1|0), h: (2|1|3)+s(0|0|1)
g: (0|0|0)+r(0|1|1), h: (1|0|0)+s(0|1|−1)
Paar 1 ist identisch (Q = P + 2u), Paar 2 echt parallel, Paar 3 schneidet sich in (2|1|0), Paar 4 ist windschief (erste Zeile: 0 = 1). Windschief schließt die beiden anderen Spalten aus.
Zeilenweise: erst Kollinearität, dann gemeinsamer Punkt.
Windschief = nicht kollinear und kein gemeinsamer Punkt.
A8
Fehlersuche in einer Lösung
AFB III

Tom untersucht \(g\colon\ \vec x=(1|0|2)+r\cdot(1|1|0)\) und \(h\colon\ \vec x=(0|3|0)+s\cdot(1|{-}1|1)\) und notiert sechs Sätze. Beurteilen Sie jeden Satz — drei sind falsch.

In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
I: 1 + r = s, II: r = 3 − s ⇒ r = 1, s = 2; III: 2 = 2 ✓. Die Geraden schneiden sich in S(2|1|2). Mit einem einzigen Parameter hätte Tom in Zeile I den Widerspruch 1 = 0 erhalten und den Schnittpunkt übersehen.
Wie viele Parameter braucht man beim Gleichsetzen zweier Geraden?
Was bedeutet ein Widerspruch, wenn die Richtungen nicht kollinear sind?
A9
Das Prüfschema ordnen
AFB III

Stellen Sie das Prüfschema für nicht kollineare Richtungen in der richtigen Reihenfolge dar.

Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Richtungsvektoren auf Kollinearität prüfen
2Geradengleichungen mit r und s gleichsetzen
3Zwei der drei Gleichungen nach r und s lösen
4Lösung in die dritte Gleichung einsetzen
5Bei Widerspruch: windschief — sonst Schnittpunkt berechnen
Bei kollinearen Richtungen endet das Schema schon nach Schritt 1 mit der Punktprobe (identisch oder echt parallel). Der häufigste Fehler: die dritte Gleichung überspringen.
Am Anfang steht immer die Richtung.
Die dritte Gleichung ist die Probe, nicht der Start.
A10
Trickaufgabe: Identisch für welches a?
TrickAFB III

Gegeben sind \(g\colon\ \vec x=r\cdot(1|2|2)\) und \(h\colon\ \vec x=(a|4|4)+s\cdot(3|6|6)\). Legen Sie fest, für welchen Wert von \(a\) die Geraden identisch sind.

Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
−55
Die Richtungen sind für jedes \(a\) kollinear (Faktor 3). Identisch sind die Geraden aber nur, wenn \((a|4|4)\) auf \(g\) liegt: \(r=2\) aus der zweiten Zeile, also \(a=2\). Für alle anderen \(a\) sind sie echt parallel — die Falle ist „jedes a“.
Kollinear sind die Richtungen immer. Was muss zusätzlich gelten?
Punktprobe mit \((a|4|4)\) in \(g\).