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Vektoren und Winkel

Weitere Rechenoperationen mit Vektoren

Um später Schnittwinkel zwischen Geraden und/oder Ebenen ausrechnen zu können, benutzt man wiederum die gegenseitige Lage zweier Vektoren zueinander.

Merke

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 Für den Winkel $\alpha$ zwischen den Vektoren $\vec{a}$ und $\vec{b}$ gilt:

$\cos{\alpha}=\frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{|\vec{a}| \cdot |\vec{b}|}$ mit $0 \le \alpha \le 180^\circ $.

Beispiel

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 Für die Größe des Winkels zwischen den Vektoren $\begin{pmatrix} 1\\2\\2 \end{pmatrix}$ und $\begin{pmatrix} 4\\0\\3 \end{pmatrix}$ gilt:

$\cos{\alpha} = \frac{1 \cdot 4 + 2 \cdot 0 + 2 \cdot 3}{\sqrt{1^2+2^2+2^2} \cdot \sqrt{4^2+0^2+3^2}} = \frac{4+0+6}{\sqrt{9} \cdot \sqrt{25}} = \frac{10}{15} = \frac{2}{3}$

und damit ist $\alpha = \cos^{-1}{\frac{2}{3}} \approx 48,2^\circ $.

Genauer dargestellt wird das Thema auch noch einmal im nächsten Video:

Wenn wir uns daran erinnern, dass der Kosinus von 90° den Wert Null hat, wird auch der Zusammenhang zwischen Skalarprodukt und rechtem Winkel klar:

Sonderfall "rechter Winkel"

Ein Bruch nimmt dann den Wert Null an, wenn der Zähler den Wert Null hat. Im Zähler unserer Formel für den Winkel zwischen zwei Vektoren steht eben das Skalarprodukt. Also beträgt der Winkel genau dann 90°, wenn der Wert des Skalarproduktes Null ist. Anmerkung: korrekterweise muss man auch fordern, dass der Nenner ungleich Null ist. Da jedoch im Nenner jeweils die Beträge der Vektoren stehen und Winkelangaben für Nullvektoren (ohne Länge und Richtung) recht sinnlos sind, ist diese Bedingung eigentlich immer gegeben.

Merke

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Zwei Vektoren $\vec{a}$ und $\vec{b}$ sind zueinander orthogonal, wenn ihr Skalarprodukt den Wert 0 annimmt.

Beispiel

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Untersuchen Sie, ob die Vektoren $\vec{a}=\begin{pmatrix} 1\\{-2}\\1 \end{pmatrix}$ und $\vec{b}= \begin{pmatrix} 4\\3\\2 \end{pmatrix}$ orthogonal zueinander sind. Wir berechnen das Skalarprodukt $\vec{a} \cdot \vec{b} = 1 \cdot 4 + {-2} \cdot 3 + 1 \cdot 2 = 4 – 6 + 2 = 0$. Damit ist gezeigt, dass die beiden Vektoren senkrecht zueinander stehen.

Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Analytische Geometrie / Lineare Algebra (Agla)

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Einleitung und Grundlagen
    • Einleitung zu Einleitung und Grundlagen
    • Koordinatensystem
    • Was sind Vektoren?
    • Begriff des Vektorraums
    • Vektorraum - Basis und Dimension
  • Rechnen mit Vektoren
    • Einleitung zu Rechnen mit Vektoren
    • Addition und Subtraktion von Vektoren
    • Vektor zwischen zwei Punkten
    • Betrag eines Vektors berechnen
    • Vielfache von Vektoren bilden
    • Linearkombination von Vektoren
    • Lineare (Un-)Abhängigkeit von Vektoren
  • Geraden
    • Einleitung zu Geraden
    • Aufstellen einer Geradengleichung
    • Eine Gerade - viele Gleichungen?
    • Lage von Geraden
    • Schnitte von Geraden
  • Weitere Rechenoperationen mit Vektoren
    • Einleitung zu Weitere Rechenoperationen mit Vektoren
    • Normierung eines Vektors
    • Skalarprodukt zweier Vektoren
    • Vektoren und Winkel
    • Vektorprodukt / Kreuzprodukt
  • Ebenen in der analytischen Geometrie
    • Einleitung zu Ebenen in der analytischen Geometrie
    • Aufstellen von Ebenen in Parameterform
    • Normalenform einer Ebene
    • Koordinatenform einer Ebene
    • Darstellung einer Ebene im Koordinatensystem
    • Ebenengleichungen umwandeln
    • Hessesche Normalenform
  • Lagebeziehungen und Abstände
    • Einleitung zu Lagebeziehungen und Abstände
    • Lagebeziehungen von Punkten, Geraden und Ebenen
    • Abstandsprobleme
      • Einleitung zu Abstandsprobleme
      • Abstände von Punkten
      • Abstände von Geraden
      • Abstände von Ebenen
  • Schnitte
    • Einleitung zu Schnitte
    • Schnitt Gerade-Gerade
    • Schnitt Ebene-Gerade
    • Schnitt Ebene-Ebene
  • Spiegelungen
    • Einleitung zu Spiegelungen
    • Spiegelung an einem Punkt
    • Spiegelung an einer Geraden
    • Spiegelung an einer Ebene
  • Lineare Gleichungssysteme
    • Einleitung zu Lineare Gleichungssysteme
    • Was ist ein Lineares Gleichungssystem (LGS)?
    • Lösen eines linearen Gleichungssystems
      • Einleitung zu Lösen eines linearen Gleichungssystems
      • Allgemeine Vorgehensweise zur Lösung eines linearen Gleichungssystems
      • Gauß-Verfahren
      • Lösungsmöglichkeiten
  • Matrizen
    • Einleitung zu Matrizen
    • Darstellung in Matrizenform
    • Besondere Matrizen
      • Einleitung zu Besondere Matrizen
      • Einheitsmatrix
      • Dreiecksmatrix
      • Inverse Matrix
  • Rechenregeln für Matrizen
    • Einleitung zu Rechenregeln für Matrizen
    • Addition von Matrizen
    • Vervielfachen von Matrizen
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    • Einleitung zu Anwendungen von Matrizen
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