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schnittpunkt: Kugel mit Gerade?

ZahlReich - Mathematik Hausaufgabenhilfe » ---- Archiv: Klassen 12/13 » Abitur » Lineare Algebra/Anal.Geometrie » Archiviert bis 12. März 2002 Archiviert bis Seite 12 » schnittpunkt: Kugel mit Gerade? « Zurück Vor »

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hey
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Unregistrierter Gast
Veröffentlicht am Montag, den 11. März, 2002 - 16:19:   Beitrag drucken

kugel: (x1-1)^2 +(x2-1)^2+(x3-2)^2=r^2
gerade: (1/0/3)+t(u/u^2/2)

Frage1: Kann man die gerade in normalenform angeben oder geht das nur bei geraden im zweidimensionalem raum?

mein Lösungsansatz:
a) umformen der geraden in koordinatenform: x1=1-u/2 für u ist nicht null
b) einsetzen der geraden in die kugel

frage2: nun habe ich aber immer noch zwei unbekannte...
was jetzt??

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Integralgott
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Unregistrierter Gast
Veröffentlicht am Montag, den 11. März, 2002 - 23:21:   Beitrag drucken

Hallo hey!

Ich schreibe die gegebenen Gleichungen etwas anders auf, um mir Schreibaufwand zu ersparen:

Kugel: (x-1)²+(y-1)²+(z-2)² = r²
Gerade: (x|y|z) = (1|0|3)+t(u|u²|2)

Wichtig ist zunächst: Gesucht sind die Punkte, die BEIDE Gleichungen erfüllen, d.h. x,y und z sind gesucht. Unbekannt ist natürlich der zu den Schnittpunkten gehörige Parameter t, der bestimmt werden muss. u und r dagegen sind beliebige GEGEBNENE Werte!

Die möglichen Koordinaten der Geraden lauten:

x = 1+ut
y = u²t
z = 3+2t

Diese müssen die Kugelgleichung erfüllen, dann kann t bestimmt werden:

(1+ut-1)²+(u²t-1)²+(3+2t-2)² = r²
<=> u²t² + u4t²-2u²t+1 + 4t²+4t+1 = r²
<=> (u4+u²+4)t² + (4-2u²)t + 2-r² = 0
<=> t² + (4-2u²)/(u4+u²+4))*t + (2-r²)/(u4+u²+4) = 0

Da die Ergebnisse dieser quadratischen Gleichung extrem lang zu schreiben sind, picke ich hier einen Fall heraus, indem ich u=0 setze. Der Richtungsvektor der Geraden ist dann (0|0|2). Die Ergebnisse der quadratischen Gleichung lauten:

t1 = 1/2*[Ö(r²-1)-1]
t2 = 1/2*[-Ö(r²-1)-1]

Diese t's in die Geradengleichung eingesetzt führen zu den Schnittpunkten in diesem speziellen Fall:

P1 (1 | 0 | 2+Ö(r²-1))
P2 (1 | 0 | 2-Ö(r²-1))

Für ein allgemeines u sieht das sehr viel böser aus, sollte ich richtig gerechnet haben...

Ich hoffe, dass mindestens hier alles richtig ist!

MfG, Integralgott

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