Vektorgeometrie: Skalarprodukt

Ausgangssituation

Folgendes Schaubild zeigt die Vektoren a → = -4 6 und b → = 3 2

Forschungsauftrag

  1. Welche Form wird von den Vektoren eingeschlossen?
    Lösung 1
  2. Welche Aussagen können Sie zu den Seiten, Diagonalen und Winkeln der Form machen?
    Lösung 2
  3. Bestimmen Sie die Vektoren, die den Diagonalen entsprechen.
    Lösung 3

Schlussfolgerungen

Wenn zwei Vektoren a → und b → vom selben Punkt ausgehen, wie groß ist dann der Winkel, den a → und b → einschließen, wenn a → + b → = a → - b → ?
Lösung 4

Bringen Sie die einzelnen Umformungsschritte in eine logische Reihenfolge. Dazu selektieren Sie einen Umformungsschritt und wählen eines der grauen Felder aus, in dem der Unmformungsschritt eingefügt werden soll:

a)
b)
c)
d)
e)
a → + b → = a → - b →
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒ a 1 b 1 + a 2 b 2 = 0

Lösung 5

Aufbau des 3D-Modells

Auf der Grundplatte ein Koordinatensystem festlegen (blau = ^ x 1 , grün = ^ x 2 ):

Platzieren Sie die Punkte P 5 4 10 , Q 12 5 5,5 und S 3 9 8 :

Forschungsauftrag

  1. Prüfen Sie durch Messen mit dem Geodreieck, ob die Vektoren v → = PQ → und s → = PS → orthogonal zueinander sind v → ⊥ s → .
    Tipp 1
  2. Bestimmen Sie die Vektoren v → und s → .
    Lösung 6
  3. Übertragen Sie die Schlussfolgerung aus dem zweidimensionalen Raum (siehe oben) auf den dreidimensionalen Raum und zeigen Sie rechnerisch am Beispiel von v → und s → , dass die Bedingung ebenfalls gilt.
    Lösung 7

Definition

Das Produkt zweier Vektoren

a → ⋅ b → = a 1 a 2 ⋮ a n ⋅ b 1 b 2 ⋮ b n = a 1 ⋅ b 1 + a 2 ⋅ b 2 + ⋯ + a n ⋅ b n

heißt Skalarprodukt.

Satz

Zwei Vektoren a → und b → sind orthogonal zueinander a → ⊥ b → , wenn

a → ⋅ b → =

Ergänzen Sie vorstehende Gleichung.
Lösung 8