Mathematik
5. Klasse
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Abitur
Windschiefe Geraden
Zwei Geraden heißen windschief , wenn sie weder parallel sind noch einen Schnittpunkt haben. Dies ist nur im dreidimensionalen Raum möglich, in der Ebene schneiden sich nicht parallele Geraden immer .
Ein Kriterium dafür, dass zwei Geraden im Raum zueinander windschief stehen, ist, dass beide Richtungsvektoren und der Differenzvektor (Verbindungsvektor) eines beliebigen Punkts auf der einen Geraden und eines Punkts auf der anderen voneinander linear unabhängig sind.
Beispiel:
\(g\! : \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 \\ 3 \\ 5 \end{pmatrix} + \lambda \cdot \begin{pmatrix} 3 \\ 2 \\ 1 \end{pmatrix} \ \ ( \lambda \in \mathbb{R})\) und \(h\!: \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 \\ 3 \\ 1 \end{pmatrix} + \mu \cdot \begin{pmatrix} -3 \\ -4 \\ -2 \end{pmatrix} \ \ ( \mu \in \mathbb{R})\)
Sind die beiden Richtungsvektoren und der Verbindungsvektor \(\begin{pmatrix} 4 \\ 3 \\ 1 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 1 \\ 3 \\ 5 \end{pmatrix}\) linear unabhängig ?
\(\det \left( \begin{pmatrix} 3 \\ 2 \\ 1 \end{pmatrix}; \begin{pmatrix} 4 \\ 3 \\ 1 \end{pmatrix}; \begin{pmatrix} 4-1 \\ 3-3 \\ 1-5 \end{pmatrix} \right) = \begin{vmatrix} 3 & -3 & 3 \\ 2 & -4 & 0 \\ 1 & 2 & -4 \end{vmatrix} = 3 \cdot (- 4) \cdot (- 4) + (-3) \cdot 0 \cdot 1 + 3 \cdot 2 \cdot 2 - 1 \cdot (- 4) \cdot 3 - 2 \cdot 0 \cdot 3 - (- 4) \cdot 2 \cdot (- 3) = 48 \neq 0\)
Die Determinante ist ungleich 0, also sind g und h tatsächlich windschief.
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Zugehörige Klassenarbeiten
Ein Blatt DIN-A4-Papier liegt in der \(x_1\) - \(x_2\) -Ebene. Gegeben sind seine Eckpunkte \(O(0|0|0)\) , \(A(\sqrt{2}|0|0)\) , \(B(\sqrt{2}|1|0)\) und \(C(0|1|0)\) sowie der Punkt \(D(1|1|0)\) . (Als Längeneinheit (LE) wird die Länge der kürzeren Seite des DIN-A4-Blattes verwendet.) Das Blatt wird jetzt entlang der Strecke \(\overline {OD}\) gefaltet. Das Dreieck \(ODC\) bleibt dabei fest, während das Viereck \(OABD\) in das Viereck \(OA'B'D\) übergeht, das wieder in der \(x_1\) - \(x_2\) -Ebene liegt. Die Gegebenheiten sind in den folgenden Schrägbildern dargestellt. Zur
Die Entwicklung der Population einer bestimmten Seevogelart in einem festgelegten Beobachtungsgebiet wird durch folgende Modellannahmen beschrieben: Die Überlebensrate der Vögel in den ersten beiden Lebensjahren wird jeweils mit \(0{,}6\) angenommen, in den späteren Lebensjahren mit \(0{,}8\) . Die erste Brut findet im 3. Lebensjahr statt, der Bruterfolg wird mit \(0{,}5\) Jungvögeln pro Elternvogel und Jahr angenommen. Die Vögel werden in 3 Altersgruppen eingeteilt, deren Anzahlen \(x_1\) : Anzahl der Jungvögel im 1. Lebensjahr (Altersgruppe 1) \(x_2\) : Anzahl der Vögel im 2. Lebensjahr
Die Lösungsvorschläge liegen nicht in der Verantwortung des jeweiligen Kultusministeriums.
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