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Änderungen von Dokument Lösung Lineare Algebra

Zuletzt geändert von akukin am 2026/02/02 18:08
Von Version 5.1
bearbeitet von akukin
am 2026/01/15 18:36
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bearbeitet von akukin
am 2026/01/02 20:52
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Zusammenfassung

Details

Seiteneigenschaften
Inhalt
... ... @@ -1,13 +1,11 @@
1 1  === Teilaufgabe a) ===
2 2  {{detail summary="Erwartungshorizont"}}
3 -[[image:Lösunga).png||width="250"]]
3 +[[image:beispiel.jpg]]
4 4  {{/detail}}
5 5  
6 6  
7 7  {{detail summary="Erläuterung der Lösung"}}
8 -Beachte beim Zeichne, dass die {{formula}}x_1{{/formula}}-Achse in einem 45°- bzw. 135°-Winkel gezeichnet wird und dass in diese Richtung die Diagonale eines kleinen Kästchens die Länge 1 hat.
9 -<br>
10 -[[image:Lösunga).png||width="250"]]
8 +
11 11  {{/detail}}
12 12  
13 13  === Teilaufgabe b) ===
... ... @@ -23,19 +23,7 @@
23 23  
24 24  
25 25  {{detail summary="Erläuterung der Lösung"}}
26 -Ein Trapez ist ein Viereck mit einem Paar paralleler Seiten.
27 -<br>
28 -Anhand der Skizze lässt sich erkennen, dass die Seiten {{formula}}AD{{/formula}} und {{formula}}EH{{/formula}} parallel sind. Um dies mathematisch zu zeigen, zeigen wir, dass die beiden Vektoren {{formula}}\overrightarrow{AD}{{/formula}} und {{formula}}\overrightarrow{EH}{{/formula}} Vielfache von einander sind:
29 -<br>
30 -{{formula}}\overrightarrow{AD}=\begin{pmatrix}0\\4\\0\end{pmatrix}, \quad
31 -\overrightarrow{EH}=\begin{pmatrix}1\\3\\8\end{pmatrix}-\begin{pmatrix}1\\1\\8\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0\\2\\0\end{pmatrix}{{/formula}}
32 -<br>
33 -Da
34 -{{formula}}
35 -\overrightarrow{AD} = 2 \cdot \overrightarrow{EH}
36 -{{/formula}} gilt, sind die beiden Vektoren Vielfache von einander und somit parallel.
37 -<br>
38 -Damit ist das Viereck {{formula}}ADHE{{/formula}} ein Trapez.
24 +
39 39  {{/detail}}
40 40  
41 41  === Teilaufgabe c) ===
... ... @@ -42,7 +42,7 @@
42 42  {{detail summary="Erwartungshorizont"}}
43 43  <p>
44 44  {{formula}}\overrightarrow{BF} =\begin{pmatrix}-1\\1\\8\end{pmatrix}; {{/formula}}
45 -orthogonale Projektion von {{formula}}\overrightarrow{BF}{{/formula}} auf die {{formula}}x_1x_2{{/formula}}-Ebene: {{formula}}\begin{pmatrix}-1\\1\\0\end{pmatrix} {{/formula}}
31 +orthogonale Projektion von {{formula}}\overrightarrow{BF}{{/formula}} auf die x,,1,,x,,2,,-Ebene: {{formula}}\begin{pmatrix}-1\\1\\0\end{pmatrix} {{/formula}}
46 46  </p>
47 47  {{formula}}
48 48  \cos(\alpha)= \frac{\left|\overrightarrow{BF} \cdot
... ... @@ -57,22 +57,7 @@
57 57  
58 58  
59 59  {{detail summary="Erläuterung der Lösung"}}
60 -{{formula}}\overrightarrow{BF} =\begin{pmatrix}3-4\\1-0\\8-0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}-1\\1\\8\end{pmatrix}{{/formula}}
61 -<br>
62 -Die orthogonale Projektion von {{formula}}\overrightarrow{BF}{{/formula}} auf die {{formula}}x_1x_2{{/formula}}-Ebene erhalten wir, indem wir die {{formula}}x_3{{/formula}}-Koordinate gleich null setzen: {{formula}}\begin{pmatrix}-1\\1\\0\end{pmatrix} {{/formula}}
63 -<br>
64 -{{formula}}
65 -\begin{align*}
66 -\cos(\alpha) &= \frac{\left|\overrightarrow{BF} \cdot
67 -\begin{pmatrix}-1\\1\\0\end{pmatrix}\right|}{
68 -\Bigl| \overrightarrow{BF} \Bigr| \cdot
69 -\left|\begin{pmatrix}-1\\1\\0\end{pmatrix}\right|}
70 -= \frac{\begin{pmatrix}-1\\1\\8\end{pmatrix}\cdot \begin{pmatrix}-1\\1\\0\end{pmatrix}}{\sqrt{(-1)^2+1^2+8^2} \cdot
71 -\sqrt{(-1)^2+1^2+0^2}}\\
72 -&= \frac{(-1)\cdot (-1)+1\cdot 1+8\cdot 0}{\sqrt{66} \cdot \sqrt{2}}=\frac{2}{\sqrt{132}} \\
73 -\Leftrightarrow \alpha &=\cos^{-1}\left(\frac{2}{\sqrt{132}}\right)\approx 79{,}98^\circ
74 -\end{align*}
75 -{{/formula}}
46 +
76 76  {{/detail}}
77 77  
78 78  === Teilaufgabe d) ===
... ... @@ -83,11 +83,7 @@
83 83  
84 84  
85 85  {{detail summary="Erläuterung der Lösung"}}
86 -Die linke Seite der Gleichung ist die Gerade durch {{formula}}B{{/formula}} und {{formula}}H{{/formula}} (Stützvektor {{formula}}\overrightarrow{OB}{{/formula}}, Richtungsvektor {{formula}}\overrightarrow{BH}{{/formula}}). Durch die Gerade wird der Stab dargestellt, der die beiden Punkte verbindet.
87 -<br>
88 -Die linke Seite der Gleichung ist die Gerade durch {{formula}}C{{/formula}} und {{formula}}E{{/formula}} (Stützvektor {{formula}}\overrightarrow{OC}{{/formula}}, Richtungsvektor {{formula}}\overrightarrow{CE}{{/formula}}).
89 -<br>
90 -Durch das Gleichsetzen der beiden Geraden soll überprüft werden, ob sich die Stäbe, die die Punkte {{formula}}B{{/formula}} und {{formula}}H{{/formula}} bzw. {{formula}}C{{/formula}} und {{formula}}E{{/formula}} verbinden, kreuzen.
57 +
91 91  {{/detail}}
92 92  
93 93  === Teilaufgabe e) ===
... ... @@ -113,32 +113,5 @@
113 113  
114 114  
115 115  {{detail summary="Erläuterung der Lösung"}}
116 -Der Mittelpunkt der unteren Grundfläche {{formula}}ABCD{{/formula}} lautet {{formula}}M_{unten}(2|2|0){{/formula}}.
117 -<br>
118 -Der Punkt, der von den Eckpunkten des Lampenschirms den gleichen Abstand hat, liegt aus Symmetriegründen auf der Geraden durch den Punkt
119 -{{formula}}M_{unten}(2 \mid 2 \mid 0){{/formula}} mit Richtungsvektor {{formula}}\begin{pmatrix}0\\0\\1\end{pmatrix}{{/formula}}.
120 -<br>
121 -Die Koordinaten des gesuchten Punktes {{formula}}P{{/formula}} haben also die Form
122 -{{formula}}
123 -P(2 \mid 2 \mid t), \ 0 \le t \le 8
124 -{{/formula}}.
125 -<br>
126 -//Anmerkung: Aufgrund der Symmetrie des Lampenschirmes könnten wir an dieser Stelle {{formula}}t{{/formula}} direkt bis {{formula}}4{{/formula}} begrenzen statt bis {{formula}}8{{/formula}}.//
127 -<p></p>
128 -Wir suchen nun ein spezifisches {{formula}}t{{/formula}}, bei dem der Abstand zu einer unteren Ecke (z.B. {{formula}}A{{/formula}}) exakt so groß ist wie zu einer oberen Ecke (z.B. {{formula}}E{{/formula}}):
129 -<br>
130 -{{formula}}
131 -\begin{align*}
132 -& \phantom{\Leftrightarrow} &\Bigl| \overrightarrow{AP} \Bigr| &= \Bigl| \overrightarrow{EP} \Bigr| \\
133 -& \Leftrightarrow &\left|\begin{pmatrix}2\\2\\t\end{pmatrix}\right| &= \left|\begin{pmatrix}1\\1\\t-8\end{pmatrix}\right| \\
134 -& \Leftrightarrow & \sqrt{2^2 + 2^2 + t^2} &=\sqrt{1^2 + 1^2 + (t - 8)^2} &&\mid ()^2\\
135 -& \Leftrightarrow & 2^2 + 2^2 + t^2 &=1^2 + 1^2 + (t - 8)^2 &&\mid \text{2. binomische Formel}\\
136 -& \Leftrightarrow & 8+t^2 &=2+t^2-16t+64 &&\mid -t^2 \\
137 -& \Leftrightarrow & 8 &=-16t+66 &&\mid +16t \ \mid -8 \\
138 -& \Leftrightarrow & 16t &=58 &&\mid :16 \\
139 -& \Leftrightarrow & t&= \frac{58}{16}=\frac{29}{8}
140 -\end{align*}
141 -{{/formula}}
142 -<br>
143 -Aus Symmetriegründen sind dann auch alle Abstände zu den anderen Eckpunkten gleich. Die LED-Lampe muss im Punkt {{formula}}\left(2 \mid 2 \mid \frac{29}{8}\right){{/formula}} befestigt werden.
83 +
144 144  {{/detail}}