BPE 7.3 Skalarprodukt, Winkel und Orthogonalität

1  Winkel berechnen  (3 min) 𝕋  𝕃

Berechne jeweils den Winkel zwischen den beiden Vektoren:

1. \(\vec a = \left(\begin{array}{c} 7 \\ 5 \\ -3\end{array}\right), \vec b = \left(\begin{array}{c} -1 \\ 2 \\ -2\end{array}\right)\)
2. \(\vec a = \left(\begin{array}{c} 7 \\ 5 \\ -3\end{array}\right), \vec c = \left(\begin{array}{c} 1,5 \\ 2,1 \\ 7\end{array}\right)\)

2  Orthogonalen Vektor finden  (3 min) 𝕃

Bestimme a, sodass der Vektor \(\vec u = \left(\begin{array}{c} 4 \\ 5 \\ 2\end{array}\right)\) zu dem Vektor \(\vec v = \left(\begin{array}{c} \frac{2}{3} \\ a \\ -1\end{array}\right)\) orthogonal ist.

3  Bierfass  (5 min) 𝕃

Du kaufst für eine Party ein 10l Bierfass, die Gewichtskraft F beträgt 98,1N und wirkt senkrecht zum Erdboden nach unten. Um das Fass locker ins Auto zu bekommen, nutzt du eine Rampe. Die Rampe hat eine Länge von 2m, der Kofferraum hat eine Höhe von 0,5m. Wähle die Start- und Endkoordinaten der Rampe sinnvoll und berechne damit die geleistete Arbeit in J(Joule) mit der Formel \(W = \vec F \cdot \vec s \), wobei \(\vec s \) der Vektor vom Start- zum Endpunkt der Rampe ist.

4  Skalarprodukt null  (2 min) 𝕃

Gegeben ist der Vektor

Gib einen Vektor an, der orthogonal zu diesem ist!

5  Flächenberechnung Dreieck  (5 min) 𝕋  𝕃

Berechne den Flächeninhalt des Dreiecks, das durch die Punkte A(2|-1|4), B(0|9|-3), C(-2|5|1) festgelegt wird.

6  Parallel  (3 min) 𝕃

Von drei Vekoren im Raum ist folgendes bekannt. Vektor \(\vec b\) steht auf \(\vec a\) senkrecht und \(\vec c\) auf \(\vec b\). Kann man daraus folgern, dass \(\vec c\) parallel zu \(\vec a\) ist? Begründe deine Antwort!

7  Quadrat begründen  (4 min) 𝕋  𝕃

Begründe, dass es sich bei dem gegebenen Viereck um ein Quadrat handelt: A(5|-1|3), B(1|1|-1), C(-1|5|3), D(3|3|7).

8  Pfahlbauten  (9 min) 𝕋  𝕃

Es soll eine Rekonstruktion eines Hauses der Pfahlbauten am Bodensee gebaut werden. Die vertikalen Pfosten haben eine Gesamthöhe von 7,5m. Das Dach hat die Form eines Dreieckprismas (siehe Nebenstehende Abbildung). Die Dicke der Bauteile des Hauses soll vernachlässigt werden. Die Eckpunkte haben die Koordinaten A(-2| 1|w), B, C(5|-5|w), D, E, F(5|1|3), G, H, I(1,5|1|5), J  mit \(w \in \mathbb{R}\). Die x₁ x₂- Ebene bildet die Wasseroberfläche. 1m in der Wirklichkeit entspricht einer Längeneinheit im Koordinatensystem.

1. Wieviel Meter der Pfosten befinden sich oberhalb des Wassers?
2. Gebe die Koordinaten der Punkte G, H und J an.
3. Berechne die Dachfläche.
4. Berechne den Neigungswinkel des Daches.

9  Punktbestimmung durch Skalarprodukt  (6 min) 𝕃

Gegeben sind die Punkte A(2|-3|1) und B(2|3|1).

1. Begründe, dass der Vektor \(\overrightarrow{AB}\) parallel zur x₂-Achse verläuft.
2. Der Punkt \(C\) liegt auf der x₂-Achse. Der Vektor \(\overrightarrow{AC}\) steht senkrecht zum Vektor \(\overrightarrow{BC}\). Bestimme die Koordinaten aller Punkte \(C\), die die beschriebenen Eigenschaften haben.

10  Drachen begründen  (5 min) 𝕋  𝕃

Begründe, dass es sich bei dem gegebenen Viereck um einen Drachen handelt: A(8,5|5|-3,5), B(4|5|-2), C(-3,5|8|2,5), D(5|7|-1).

11  Skalarprodukt negativ  (5 min) 𝕋  𝕃

Gib zwei Vektoren an, deren Skalarprodukt negativ ist. Prüfe, ob der Winkel zwischen den Vektoren größer 90° ist. Ist das immer so? Begründe!

12  Dreieck, Seiten und Winkel  (10 min) 𝕃

Gegeben sind die Punkte \(A(-1|-1), B(7|1)\) und \(C(1|3)\)
Berechne die Seitenlängen und die Innenwinkel des Dreiecks \(\Delta ABC\).