Wahlteil B2
Eine Firma stellt Gewächshäuser her. Die Ecken der Grundfläche dieser Gewächshäuser können modellhaft durch die Punkte
,
,
und
beschrieben werden. In diesen Ecken stehen senkrecht zur Grundfläche Pfosten, die das Dach des Gewächshauses tragen (alle Koordinatenangaben in Meter).
a)
Bei einem dieser Gewächshäuser können die Ecken der Dachfläche durch die Punkte
,
,
und
beschrieben werden.
Stelle dieses Gewächshaus in einem geeigneten Koordinatensystem dar.
Stelle dieses Gewächshaus in einem geeigneten Koordinatensystem dar.
(1 VP)
Berechne den Rauminhalt dieses Gewächshauses.
(1,5 VP)
Ermittle eine Koordinatengleichung der Ebene, die die Lage der Dachfläche beschreibt.
(2 VP)
b)
Die Firma bietet die Gewächshäuser mit unterschiedlichen Neigungen der Dachflächen an. Die Lage jeder dieser Dachflächen kann durch eine Ebene beschrieben werden, die zur Schar
mit
gehört.
Berechne den Wert von a, für den die Neigung der Dachfläche
beträgt.
Bestimme eine Gleichung dieser Geraden g.
im gesamten Gewächshaus eine Mindesthöhe von
gegeben ist.
Berechne den Wert von a, für den die Neigung der Dachfläche
(2 VP)
Es gibt eine Gerade g, die in allen Ebenen der Ebenenschar liegt.
Bestimme eine Gleichung dieser Geraden g.
(1,5 VP)
Untersuche, für welche Werte von
(2 VP)
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a)

Bei dem Gewächshaus handelt es sich um ein Prisma mit der trapezförmigen Grundfläche
Durch die folgenden beiden Vektoren kann die Ebene aufgespannt werden:
b)
Wert von a
Ein Normalenvektor der Ebene
ist
, ein Normalenvektor der
Ebene ist
Mit der Formel für den Schnittwinkel zweier Ebenen folgt:
Wegen
ergibt sich als Lösung
Geradengleichung
Die gesuchte Gerade ist die Schnittgerade der Ebenen, folglich wird die Schnittgerade von
und
berechnet:
Aus dem LGS ergeben sich
und
mit
Daraus ergibt sich folgende Geradengleichung:
Mindesthöhe
Das Rechteck
stellt die
hohe Wand dar. Die Punkte
und
liegen auf
und deshalb ist diese Höhe für alle Werte von
konstant.
Der Punkt
liegt auf der Ebene
und die
Koordinate stellt die Höhe der Wand dar. Es muss folglich gelten
und somit folgt
Ein Normalenvektor der Ebene
Die gesuchte Gerade ist die Schnittgerade der Ebenen, folglich wird die Schnittgerade von
Das Rechteck