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Serlo-Content · Eigenes Frontend

/mathe/229083/aufgabe

Wir laden die Inhalte direkt von der Serlo API und rendern sie mit unserem UI.

Aufgabe

/mathe/229083/aufgabe

/mathe/229083/aufgabe

Gegeben sind die Kugeln und

Zeige, dass sich die beiden Kugeln außen in einem Punkt berühren und gib seine Koordinaten an. Bestimme auch die Tangentialebene der beiden Kugeln.

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Lösung
Voraussetzung
Tangentialebene
Strategie

Wenn zwei Kugeln sich außen berühren sollen, dann muss der Abstand der beiden Kugelmittelpunkte gleich der Summe der beiden Kugelradien sein.

Zur Berechnung des Berührpunktes erstellst du eine Vektorgleichung mit .

Für die Berechnung der Tangentialebene benutze den Vektor und einen Punkt der Ebene (hier den Berührpunkt ).

Schritte

Kugeln berühren sich

Berechne den Vektor und dann seinen Betrag .

und

Der Abstand der beiden Kugelmittelpunkte beträgt und die Summe der beiden Kugelradien beträgt auch .

Die beiden Kugeln berühren sich außen.

Berechnung von

Aus der nebenstehenden Abbildung kannst du folgende Vektorgleichung ablesen:

Dabei ist

Zwei sich außen berührende Kugeln

Dabei ist , und .

Antwort: Der Berührpunkt hat die Koordinaten .

Berechnung von Mit Hilfe des berechneten Einheitsvektors und einem Punkt der Ebene (hier der Berührpunkt ) kann die Gleichung der Tangentialebene erstellt werden. Bei Verwendung von erhältst du die Hessesche Normalenform der Ebene bzw. nach Berechnung des Skalarproduktes eine Koordinatenform.

Gleichungsumformung

Setze und ein.

Das ist die Hessesche Normalenform der Tangentialebene.

Umwandlung in die Koordinatenform.

Berechne das Skalarprodukt.

Löse die Klammern auf.

Vereinfache.

Vereinfache.

Antwort: Die Hessesche Koordinatenform der Tangentialebene lautet: bzw. Tangentialebene als Koordinatengleichung:

Alternative Berechnung der Tangentialebene

Setze den Berührpunkt und den Mittelpunkt der Kugel in die Gleichung für die Tangentialebene ein.

Gleichungsumformung

Setze und ein.

Vereinfache.

Das ist die Normalenform der Tangentialebene.

Umwandlung in die Koordinatenform.

Berechne das Skalarprodukt.

Löse die Klammern auf.

Vereinfache.

Fasse zusammen.

Umformung: \cdot\dfrac{5}{2}

Beseitige die Brüche.

Antwort: Die Gleichung der Tangentialebene lautet:

Graphische Darstellung

Die Abbildung ist nicht verlangt worden.

Sie dient nur zur Veranschaulichung.

Zwei Kugeln, die sich außen berühren mit Tangentialebene