Ein Würfel ABCDEFGH hat die Kantenlänge 6. Die Eckpunkte sind A(0∣0∣0), B(6∣0∣0), C(6∣6∣0), D(0∣6∣0), E(0∣0∣6), F(6∣0∣6), G(6∣6∣6), H(0∣6∣6).
M sei der Mittelpunkt der Kante FG.
- (a) Bestimmen Sie eine Gleichung der Ebene K, die durch die Punkte A, B und M verläuft.
- (b) Berechnen Sie das Volumen des Teilkörpers, der den Punkt D enthält und durch die Ebene K vom Würfel abgetrennt wird.
A(0∣0∣0), B(6∣0∣0), M=21(F+G)=21((6∣0∣6)+(6∣6∣6))=(6∣3∣6)
Richtungsvektoren:
AB=600,AM=636
Normalenvektor:
n=AB×AM=0⋅6−0⋅30⋅6−6⋅66⋅3−0⋅6=0−3618=180−21
Ebenengleichung mit Aufpunkt A(0∣0∣0):
−2x2+x3=0
K:−2x2+x3=0bzw.x3=2x2
Kontrolle: A: 0=0 ✓, B: 0=0 ✓, M: −6+6=0 ✓
Die Ebene K:x3=2x2 schneidet die Würfelflächen:
- Untere Fläche (x3=0): x2=0 ⇒ Kante AB
- Obere Fläche (x3=6): x2=3 ⇒ Linie von (0∣3∣6) bis (6∣3∣6) =HM′, wobei M′=(0∣3∣6) der Mittelpunkt von EH
- Rechte Fläche (x1=6): von B(6∣0∣0) bis M(6∣3∣6)
- Linke Fläche (x1=0): von A(0∣0∣0) bis M′(0∣3∣6)
Die Schnittfigur ist ein Trapez ABMM′ mit M′=(0∣3∣6).
Die Ebene K teilt den Würfel. Der Teilkörper mit D hat die Ecken A, B, C, D, M′, M, G, H.
Dieser Körper ist ein Prisma-artiger Körper. Berechnung über Differenz:
Gesamtwürfel: VWu¨rfel=63=216
Teilkörper ohne D (mit E, F): Ein dreiseitiges Prisma mit der Grundfläche als Dreieck AEM′ (bzw. BFM) mit Prismenlänge 6.
Dreieck auf der linken Seite (x1=0): Ecken A(0∣0∣0), E(0∣0∣6), M′(0∣3∣6).
A△=21⋅∣AE∣⋅d=21⋅6⋅3=9
Volumen des abgeschnittenen Prismas:
VPrisma=A△⋅6=9⋅6=54
Volumen des Teilkörpers mit D:
V=216−54=162
V=162VE
| Frage | Antwort |
|---|
| Ebenengleichung K | −2x2+x3=0 |
| Volumen Teilkörper mit D | 162 VE |