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Geradengleichungen aufstellen

Ein Startpunkt und eine Richtung genügen — der Parameter t sagt, wie weit man läuft.

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Stützvektor und Richtungsvektor

Eine Gerade ist festgelegt durch einen Punkt, an dem man startet, und eine Richtung, in die man läuft. Der Parameter \(t\) zählt, wie oft man den Richtungsvektor geht.

  • Parameterform:\(g:\ \vec x=\vec p+t\cdot\vec u\) mit \(t\in\mathbb R\).
  • Stützvektor \(\vec p\):Ortsvektor eines Punktes \(P\) der Geraden (Stützpunkt).
  • Richtungsvektor \(\vec u\):gibt die Richtung an; \(\vec u\neq\vec 0\).
  • Parameter \(t\):jedes \(t\) liefert genau einen Punkt \(X\); \(t<0\) läuft rückwärts, \(t=0\) liefert \(P\).

Starte den Lauf: Der Punkt \(X\) bewegt sich mit wachsendem \(t\) entlang der Geraden. Halte an, gehe in ganzen Schritten und beobachte, wie sich die Koordinaten ändern.

Punkt X läuft auf g

Halte fest: Durchläuft \(t\) alle reellen Zahlen, überstreicht \(X\) die ganze Gerade — \(t=0\) liefert den Stützpunkt, jede Erhöhung um 1 hängt einmal \(\vec u\) an.

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Gerade durch zwei Punkte

Meist ist eine Gerade durch zwei Punkte gegeben. Einer wird Stützpunkt, der Verbindungsvektor wird Richtungsvektor.

Herleitung:

\(\vec p=\overrightarrow{OA}\)
Stützpunkt A
Start: \(A\) liegt auf der Geraden.
\(\vec u=\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{OB}-\overrightarrow{OA}\)
einsetzen
Von \(A\) nach \(B\) zeigt in Richtung der Geraden.
\(g:\ \vec x=\overrightarrow{OA}+t\cdot\overrightarrow{AB}\)
Ergebnis
Für \(t=0\) erhält man \(A\), für \(t=1\) erhält man \(B\).
  • Strecke \(\overline{AB}\):dieselbe Gleichung, aber nur \(0\le t\le 1\).
  • Nicht eindeutig:Jeder Punkt der Geraden taugt als Stützpunkt, jedes Vielfache \(r\cdot\vec u\) (\(r\neq0\)) als Richtungsvektor.
  • In der Ebene:gleiche Form mit zwei Einträgen.
Merke

Gerade durch A und B: \(g:\ \vec x=\overrightarrow{OA}+t\cdot\overrightarrow{AB},\ t\in\mathbb R\)

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Allgemeine Hinweise

Richtung ist kein Punkt

Der Richtungsvektor \(\vec u\) zeigt keine Stelle an. Nur \(\vec p\) ist ein Ortsvektor — \(\overrightarrow{OB}\) als Richtungsvektor wäre falsch.

Andere Gleichung, gleiche Gerade

\(\vec x=\overrightarrow{OB}+s\cdot\overrightarrow{BA}\) beschreibt dieselbe Gerade. Ergebnisse sehen verschieden aus und können trotzdem stimmen.

Strecke ≠ Gerade

Ist nur die Strecke gemeint (Rohr, Flugbahn zwischen zwei Orten), gehört der Bereich \(0\le t\le1\) zur Gleichung.

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