Die Normalenform
Der Vektor $\overrightarrow{pB}$ ist für jeden beliebigen Punkt B senkrecht
zum Normalenvektor. Also ist das Skalarprodukt des Vektors mit
dem Normalenvektor null.
$$
E: [\vec{x} - \vec{p} ] \cdot \vec{n} = 0
$$
$\vec{p}$ ist ein gegebener Punkt der Ebene.
$\vec{x}$ ist ein weiterer Punkt der Ebene.
$\vec{x} - \vec{A}$ ist parallel zur Ebene und damit senkrecht zum
Normalenvektor.
Das Skalarprodukt ergibt null, weil die beiden Vektoren senkrecht zu einander sind.
Alle Punkte $\vec{x}$, die diese Gleichung erfüllen sind Punkte der Ebene.
Erstellen der Normalenform aus der Parameterform
Der Normalenvektor wird mit Hilfe des Vektorproduktes aus den Richtungsvektoren gebildet: $$ E: \vec{x} = A + r \vec{u} + s \vec{v} $$ $$ \vec{n} = \vec{u} \times \vec{v} $$
Beispiel: Gegeben ist die folgende Ebene: $$ E: \vec{x} = \begin{pmatrix} 1\\2\\3 \end{pmatrix} + r \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \\ 1 \end{pmatrix} + s \begin{pmatrix} 2 \\ 3 \\ 0 \end{pmatrix} $$ Der Normalenvektor ergibt sich als Kreuzprodukt aus den Richtungsvektoren: $$ \begin{array}{rcl} \vec{n} &=& \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \\ 1 \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} 2 \\ 3 \\ 0 \end{pmatrix} \\ &=& \begin{pmatrix} -3 \\ 2 \\ -1 \end{pmatrix} \end{array} $$ Dann ergibt sich die Normalenform zu: $$ E: \left[ \vec{x} - \begin{pmatrix} 1\\2\\3 \end{pmatrix} \right] \cdot \begin{pmatrix} -3 \\ 2 \\ -1 \end{pmatrix} = 0 $$
Hinweise zur Normalenform
- Im Prinzip überprüfen Sie für jeden Punkt $\vec{x}$ im Raum ob dieser Punkt die Bedingung der Normalengleichung erfüllt und somit ein Punkt der Ebene ist.
- Es kommt nur auf die Richtung des Normalenvektors an. Also ist es in der Regel sinnvoll die Länge des Normalenvektors so zu wählen, dass Sie ganze Zahlen und möglichst kleine Zahlen haben. Dazu multiplizieren Sie dass Vektorprodukt mit einer beliebigen (auch negativen) Zahl.
-
Ob zwei Ebenen gleich sind, ist hier leicht zu ermitteln.
- Sie müssen überprüfen, ob der Punkt der zweiten Ebene in der ersten Ebene enthalten ist. (Punktprobe) Dazu setzen Sie den Punkt der zweiten Ebene in die Normalengleichung der ersten Ebene ein.
- Sie müssen überprüfen, ob die Normalenvektoren Vielfache voneinander sind.