Vektorgeometrie: Schnittwinkel (1)

Winkel zwischen Vektoren

Zeichnen Sie ein zweidimensionales Koordinatensystem und markieren Sie einen beliebigen Punkt B , z.B. so:

Zeichnen Sie von Punkt B ausgehend zwei beliebige Vektoren v→ und w→ , so dass einer der beiden Winkel zwischen v→ und w→ ein spitzer Winkel ist, z.B. so:

Definition:
Werden zwei Vektoren v→ und w→ von einem Punkt aus gezeichnet, so schließen die zwei Vektoren zwei Winkel ein: β und δ = 360 ° - β . Der kleinere Winkel ist der Winkel zwischen v→ und w→ .

Forschungsauftrag

  1. Berechnen Sie zu v→ und w→ die jeweiligen Einheitsvektoren v→0 und w→0 . Zeichnen Sie v→0 und w→0 in Ihrem Schaubild ein.
    Tipp 1


  2. Zeichnen Sie einen weiteren Vektor von der Spitze von v→0 zur Spitze von w→0 ein:

    Die drei Vektoren schließen ein Dreieck ein. Begründen Sie, dass dieses Dreieck für 0 ° < β < 90 ° keinen rechten Winkel besitzt.
    Lösung 1
  3. Da das eingezeichnete Dreieck nicht rechtwinklig ist, kann leider auch keine der trigonometrischen Zusammenhänge zur Berechnung von β verwendet werden. Deshalb bedarf es einer Hilfskonstruktion:

    Zeigen Sie, dass BC→ = cos β ist.
    Lösung 2
  4. Geben Sie einen Term an, der in Abhängigkeit von cos β die Länge von CA→ bestimmt.
    Tipp 2
    Lösung 3
  5. Geben Sie einen Term an, mit dem in Abhängigkeit von β die Länge von CD→ berechnet werden kann.
    Lösung 4
  6. Zeigen Sie, dass w→0 - v→0 2 = w→0 - v→0 2 ist.
    Lösung 5
  7. Zeigen Sie, dass w→0 - v→0 2 mit Hilfe von CA→ und CD→ berechnet werden kann. Lösen Sie ihre Gleichung nach cos β auf und vereinfachen Sie die andere Seite der Gleichung soweit wie möglich.
    Tipp 3
    Lösung 6
  8. Setzen Sie in Ihre Gleichung aus 7. die Vektoren aus 1. ein und berechnen Sie den Winkel β . Überprüfen Sie Ihr Ergebnis durch nachmessen im Schaubild.