Mathe-LK · M2 · Geometrie
Skalar- und Vektorprodukt
Das Skalarprodukt macht aus zwei Vektoren eine Zahl, die etwas über den Winkel verrät: Ist sie null, stehen die Vektoren senkrecht aufeinander. Das Vektorprodukt macht aus zwei Vektoren einen dritten, der auf beiden senkrecht steht; seine Länge ist die Fläche des Parallelogramms, das die beiden aufspannen. Beides braucht man in fast jeder Abituraufgabe zur Geometrie.
So gehst du vor
- 1Wähle unten Skalarprodukt, Vektorprodukt oder Dreieck.
- 2Ziehe die Pfeilspitzen. Mit der Zieh-Art „senkrecht zu a“ bleibt b in der Ebene, die auf a senkrecht steht.
- 3Rechne zuerst selbst und vergleiche dann mit der Rechnung rechts.
- 4Die Ansichten „Winkel in wahrer Größe“ und „Parallelogramm von oben“ zeigen unverzerrt, was im Schrägbild schief aussieht.
Bereich
Ansicht:
Punkte ziehen:
Ein Finger auf freier Fläche dreht die Ansicht, zwei Finger zoomen. Punkte ziehst du in der gewählten Richtung; die gestrichelten Linien beim Ziehen zeigen den Weg vom Ursprung zum Punkt. Gestrichelt und blass: verdeckt (hinter der Ebene). Das Schrägbild zeichnet wie das Skript die x1-Achse verkürzt; beim Drehen wird senkrecht projiziert.
Skalarprodukt
4,00
Winkel φ
63,6 °
Koordinaten
a(1 | 2 | 2)
x1 = 1
x2 = 2
x3 = 2
Vorlage
Rechnung
Vektorena = 122, b = 2−12
Skalarprodukta ∘ b = 1 · 2 + 2 · (−1) + 2 · 2 = 4
Beträge|a| = √9 = 3, |b| = √9 = 3
Winkelcos(φ) = a ∘ b|a| · |b| = 43 · 3 ⇒ φ ≈ 63,6°
a ∘ b > 0: spitzer Winkel
SchattenLänge 43 (grün) · |a| = |a ∘ b|
Der grüne Schatten ist die senkrechte Projektion von b auf die Richtung von a. Seine Länge ist |b| · |cos(φ)|. Das ist die Winkelformel als Bild; im Skript steht sie mit dem Kosinussatz bewiesen.
Aufträge
- a = 122, b = 2−12: Berechne Skalarprodukt und Winkel von Hand. Ziehe b dann so, dass der Winkel größer wird. Wann wechselt das Skalarprodukt das Vorzeichen?
- Wähle „senkrecht zu a“ und ziehe b. Was bleibt gleich, was ändert sich? Gib drei verschiedene Vektoren an, die auf a = 122 senkrecht stehen.
- Verdopple b (Koordinaten verdoppeln). Was passiert mit dem Skalarprodukt, was mit dem Winkel? Begründe mit der Formel.
- Vektorprodukt, Beispiel im Skript: Rechne 120 × 013 mit der Merkhilfe und mache die Probe. Tausche dann a und b. Was ändert sich am Ergebnis und im Bild, was nicht?
- Vorlage „kollinear“: Was liefert das Vektorprodukt? Warum passt das zur Parallelogrammfläche?
- Dreieck, Vorlage „Fläche“: Bestimme die Fläche von A(1 | 0 | 0), B(0 | 2 | 0), C(0 | 0 | 3) von Hand.
- Dreieck, Vorlage „Rechter Winkel?“: Ziehe C mit „rechter Winkel bei A“ in eine neue Lage. Wie viele solche Punkte gibt es, und wo liegen sie alle?
Theorie: Skript M2, Abschnitte „Skalarprodukt“ und „Vektorprodukt“.