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Aufgabe:

Auf einem Dach, das durch die Ebene E: x -y +4*z= 12 beschrieben wird, steht im Punkt P(2/2/3) ein Fahnenmast der Länge 2LE in z-Richtung. Die Sonne fällt längs der Richtung s=[2/-2/-3] ein.

a)...

b) Zu einem anderen Zeitpunkt liegt der Schatten des Fahnenmastes auf der Geraden h: x= [2/2/3] + s* [2/-2/-1] und hat die Länge 1,5 LE. Bestimmen Sie eine mögliche Richtung der Sonnenstrahlen zu diesem Zeitpunkt.


Problem/Ansatz:

Ich komm hier einfach nicht weiter. Kann mir bitte einer die Vorgehensweise erklären.

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Hallo Lina,

eine gute Zeichnung macht die Aufgabe einfacher:

blob.png

Der Schatten ist durch die Gerade \(h\) gegeben$$h: \quad \vec x = \begin{pmatrix}2\\ 2\\ 3\end{pmatrix} + t \begin{pmatrix}2\\ -2\\ -1\end{pmatrix}$$Der Aufpunkt der Geraden ist gleich dem Fußpunkt \(P\) des Mastes. D.h. man muss sich nur von \(P\) aus um \(1,5\, \text{LE}\) von \(P\) weg bewegen. Es ist nicht definiert in welche Richtung das geschehen soll. So gesehen gibt es zwei Lösungen. Das Ende des Schattens im Punkt \(S\) ist$$S = \begin{pmatrix}2\\ 2\\ 3\end{pmatrix} \pm \frac{1,5}{\left| \begin{pmatrix}2\\ -2\\ -1\end{pmatrix} \right|}\begin{pmatrix}2\\ -2\\ -1\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}2\\ 2\\ 3\end{pmatrix} \pm \begin{pmatrix}1\\ -1\\ -0,5\end{pmatrix} $$Die Richtung \(\vec r\) der Sonnenstrahlen ist der Vektor von der Mastspitze \(M\) zu S. $$\vec r = S - M = \begin{pmatrix}2\\ 2\\ 3\end{pmatrix} \pm \begin{pmatrix}1\\ -1\\ -0,5\end{pmatrix} - \begin{pmatrix}2\\ 2\\ 5\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}0\\ 0\\ -2\end{pmatrix} \pm \begin{pmatrix}1\\ -1\\ -0,5\end{pmatrix}$$Gruß Werner

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Vielen Dank ! Jetzt erscheint es mir klarer

Die Zeichnung ist verständlich. Leider verstehe ich die Rechnung nicht. Wie bewege ich mich von P 1,5 LE weg. Diese Länge ist doch die Wurzel aus dem Vektor von PS. die S= usw in dieser Schreibweise kenne ich nicht . Also blicke ich nicht durch

Diese Länge ist doch die Wurzel aus dem Vektor von PS

das ist richtig. Nun ist die Richtung, in die der Schatten verläuft, mit $$\vec d=\begin{pmatrix}2\\-2\\-1\end{pmatrix}$$gegeben. Das ist der blaue Pfeil in der Zeichnung.

Damit man diesen Pfeil auf eine Länge von 1,5 bringen kann, muss man ihn zunächst normieren, d.h auf die Länge 1 bringen, bzw. konkret durch seine eigene Länge teilen. Diese Länge ist der Betrag des Vektors \(\vec d\). Betrag wird mit \(||\) geschrieben$$|\vec d| = \left|\begin{pmatrix}2\\-2\\-1\end{pmatrix}\right| = \sqrt{2^2+(-2)^2+(-1)^2} = \sqrt{4+4+1} = 3$$Also ist der Vektor \(\vec d^*\) mit der Länge 1 in Richtung des Schattens:$$\vec d^* = \frac 13\begin{pmatrix}2\\-2\\-1\end{pmatrix} \quad \quad |\vec d^*| = 1$$Und damit man auf die Länge von 1,5 kommt, so multipliziert man ihn eben mit 1,5 und hat dann den Vektor \(\vec {PS}\):$$\vec{PS} = 1,5\,\vec d^* = 1,5 \cdot \frac13\begin{pmatrix}2\\-2\\-1\end{pmatrix} = \frac12\begin{pmatrix}2\\-2\\-1\end{pmatrix}$$Also das, was ich hier blau markiert markiert habe ...$$S = \begin{pmatrix}2\\ 2\\ 3\end{pmatrix} \pm \frac{1,5}{\color{blue}\left| \begin{pmatrix}2\\ -2\\ -1\end{pmatrix} \right|}\begin{pmatrix}2\\ -2\\ -1\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}2\\ 2\\ 3\end{pmatrix} \pm {\color{red}\begin{pmatrix}1\\ -1\\ -0,5\end{pmatrix}}$$... ist \(\color{blue}|\vec d|\) und das rot markierte ist \(\color{red}1,5\,\vec d^*=\vec{PS}\).

Endlich verstanden! Wenn man die Länge eines Vektors hat u man muss in die angegebene Länge gehen, muss man zuerst den Einheitsvektor berechnen. Dann geht es wie gewohnt weiter. Eigentlich einfach, aber gewusst wie. Danke!!

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Endpunkt des Schattens berechnen

[2, 2, 3] + 1.5/ABS([2, -2, -1])·[2, -2, -1] = [3, 1, 2.5]

Richtung der Sonnenstrahlen bestimmen

[3, 1, 2.5] - [2, 2, 5] = [1, -1, -2.5]

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