Aufgabe 1561
Standardisierte kompetenzorientierte schriftliche Reifeprüfung Mathematik
Quelle: AHS Matura vom 10. Mai 2017 - Teil-1-Aufgaben - 5. Aufgabe
Angabe mit freundlicher Genehmigung vom Bundesministerium für Bildung; Lösungsweg: Maths2Mind
Parallelität von Geraden
Gegeben sind folgende Parameterdarstellungen der Geraden g und h:
\(\begin{array}{l} g:X = \left( {\begin{array}{*{20}{c}} 1\\ 1\\ 1 \end{array}} \right) + t \cdot \left( {\begin{array}{*{20}{c}} { - 3}\\ 1\\ 2 \end{array}} \right)\,\,\,\,\,mit\,\,\,t \in \Bbb R\\ h:X = \left( {\begin{array}{*{20}{c}} 3\\ 1\\ 1 \end{array}} \right) + s \cdot \left( {\begin{array}{*{20}{c}} 6\\ {{h_y}}\\ {{h_z}} \end{array}} \right)\,\,\,\,\,mit\,\,\,s \in \Bbb R\end{array}\)
Aufgabenstellung
Bestimmen Sie die Koordinaten hy und hz des Richtungsvektors der Geraden h so, dass die Gerade h zur Geraden g parallel ist!
Lösungsweg
Zwei Vektoren \(\overrightarrow a ,\,\,\overrightarrow b \) sind dann zueinander parallel, wenn es genau einen Faktor \(\lambda\) gibt mit dem man die Richtungsvektoren \(\left( {\begin{array}{*{20}{c}} {{a_x}}\\ {{a_y}} \end{array}} \right)\) des einen Vektors in die Richtungsvektoren \(\left( {\begin{array}{*{20}{c}} {{b_x}}\\ {{b_y}} \end{array}} \right)\) des anderen Vektors durch Multiplikation umrechnen kann. In diesem Fall spricht man von linearer Abhängigkeit.
\(\overrightarrow a \left\| {\overrightarrow b } \right.\,\, \Leftrightarrow \,\,\overrightarrow b = \lambda .\overrightarrow a \Leftrightarrow \left( {\matrix{ {{b_x}} \cr {{b_y}} \cr } } \right) = \left( {\matrix{ {\lambda .{a_x}} \cr {\lambda .{a_y}} \cr } } \right);\)
Damit die beiden Geraden g und h parallel zu einander sind, müssen ihre beiden Richtungsvektoren linear abhängig sein: \(\overrightarrow {{r_g}} = \lambda \cdot \overrightarrow {{r_h}} \) Aus der x-Koordinate der beiden Richtungsvektoren können wir das \(\lambda \) bestimmen und danach in die Gleichungen für die y und die z Koordinate einsetzen:
\(\begin{array}{l} \overrightarrow {{r_g}} = \left( {\begin{array}{*{20}{c}} { - 3}\\ 1\\ 2 \end{array}} \right);\,\,\,\,\,\overrightarrow {{r_h}} = \left( {\begin{array}{*{20}{c}} 6\\ {{h_y}}\\ {{h_z}} \end{array}} \right)\\ \overrightarrow {{r_g}} = \lambda \cdot \overrightarrow {{r_h}} \\ \\ {\rm{Gl}}{\rm{.1:}}\,\, - 3 = \lambda \cdot 6 \Rightarrow \lambda = - 0,5\\ {\rm{Gl}}{\rm{.2:}}\,\,1 = \lambda \cdot {h_y} \Rightarrow 1 = - 0,5 \cdot {h_y} \Rightarrow {h_y} = - 2\\ {\rm{Gl}}{\rm{.3:}}\,\,2 = \lambda \cdot {h_z} \Rightarrow 2 = - 0,5 \cdot {h_z} \Rightarrow {h_z} = - 4 \end{array}\)
Ergebnis
Die richtige Lösung lautet:
\(\begin{array}{l} {h_y} = - 2\\ {h_z} = - 4 \end{array}\)
Lösungsschlüssel:
Ein Punkt für die Angabe der richtigen Werte von hy und hz.