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Abstand Punkt Gerade Lotfußpunktverfahren 12
Für den Abstand eines Punktes zu einer Geraden wird in Grundkursen in erster Linie ein Lotfußpunktverfahren genutzt. Auf dieser Seite wird das Verfahren mithilfe eines laufenden Punktes vorgestellt (zum Verfahren mit einer Hilfsebene siehe hier). Auch im Leistungskurs wird dieses Verfahren häufig angewendet, obwohl langsam die Formel für den Abstand Einzug in den Unterricht hält. Diese lässt sich zwar schneller anwenden, liefert aber nicht den Punkt der Geraden, für den die minimale Entfernung entsteht. Vorgehensweise: Abstand Punkt–Gerade mit laufendem Punkt
Gegeben ist eine Gerade $g\colon \vec x=\vec p+r\, \vec u$ und ein Punkt $A$, der nicht auf der Geraden liegt. Vom Punkt $A$ aus können wir zu verschiedenen Punkten der Geraden laufen (graue Pfeile), wobei diese Pfeile im Allgemeinen nicht die kürzest möglichen sind. Der Weg zur Geraden ist dann am kürzesten, wenn der Verbindungsvektor senkrecht auf der Geraden steht, wenn wir also zum Punkt $F$ laufen. Der Vektor $\overrightarrow{AF}$ muss somit orthogonal auf dem Richtungsvektor $\vec u$ der Geraden stehen, und das wiederum bedeutet, dass das Skalarprodukt den Wert Null haben muss.
Abstand Punkt Gerade Lotfusspunktverfahren
Das ist ja gar nicht komplizierter als die HNF, worin liegt denn der Vorteil der HNF? Okay mache ich.. heißt das auch so "Normalenbedingung"? In meinem Mathebuch gibt es so einen Begriff nicht im Stichwortverzeichnis. 02. 2008, 23:11
OK, das stimmt nun. --------
Nochmals: Die HNF ist schneller, wenn man nur den Abstand zu berechnen hat! Bei den Stichworten suche eventuell unter
Normale
Normalvektor
Normalvektorform (der Ebenengleichung) - Koordinatenform
Normalabstand
Orthogonalität
Normalgerade
Normalebene
Kreuzprodukt (Vektorprodukt)
Gemeinlot (kürzester Abstand kreuzender Geraden)
Skalares Produkt (=0 bei orthogonalen Vektoren)
Winkel zweier Vektoren (cos-phi Formel)
03. 2008, 13:13
Okay, das mache ich dann. Danke:D
Man erstellt allgemein den Verbindungsvektor $\overrightarrow{AF}$, der zunächst noch den Parameter der Geraden enthält ("laufender" Punkt $F$). Mithilfe der Orthogonalitätsbedingung $\overrightarrow{AF}\cdot \vec u=0$ berechnet man den Parameter und somit den Fußpunkt $F$. Der Abstand des Punktes zu der Geraden beträgt $d=\left|\overrightarrow{AF}\right|$. Beispiel
Aufgabe: Gesucht ist der Abstand des Punktes $A(10|5|7)$ von der Geraden $g\colon \vec x=\begin{pmatrix}-2\\1\\7\end{pmatrix}+r\, \begin{pmatrix}4\\1\\-3\end{pmatrix}$. Lösung:
Schritt 1: Der allgemeine (laufende) Punkt auf der Geraden hat die Koordinaten $F(-2+4r|1+r|7-3r)$. Damit ergibt sich der Verbindungsvektor
$\overrightarrow{AF}=\vec f-\vec a = \begin{pmatrix}-2+4r\\1+r\\7-3r\end{pmatrix}-\begin{pmatrix}10\\5\\7\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}-12+4r\\-4+r\\-3r\end{pmatrix}$. Schritt 2: Der Verbindungsvektor steht senkrecht auf der Geraden, wenn das Skalarprodukt mit dem Richtungsvektor Null ergibt:
$\begin{alignat*}{3}
\overrightarrow{AF}\cdot \vec u&\, =0 & \begin{pmatrix}-12+4r\\-4+r\\-3r\end{pmatrix}\cdot \begin{pmatrix}4\\1\\-3\end{pmatrix}&\, =0\\
& & (-12+4r)\cdot 4+(-4+r)\cdot 1+(-3r)\cdot (-3)&\, =0\\
& & -48+16r-4+r+9r&\, =0&&\hspace{2em}|+48+4\\
& & 26r&\, =52&&\hspace{2em}|:26\\
& & r&\, =2\\
\end{alignat*}$
Den Wert des Parameters setzen wir in den bisher allgemeinen Punkt ein, um die Koordinaten des gesuchten Lotfußpunktes zu erhalten.