Analytische Geometrie: wie löse ich dieses Problem mithilfe einer Extremwertaufgabe?

2 Antworten

Idee: einen beliebigen Punkt Q auf g nehmen, den Abstand zu P ansetzen und diesen dann minimieren (Extremum suchen). Die kürzeste Verbindung von P nach Q bzw. g muss automatisch senkrecht auf g stehen.

Gerade durch S und E:

g: x = (0/0/40) + s(3/-2/-10)

Jeder Punkt Q auf g hat dann die Koordinaten:
Q(3s/-2s/(40 -10s)

Vektor PQ:
PQ= Q - P = (3s/-2s/(8-10s)

Betrag PQ:
⎪PQ⎪ = √(9s^2 + 4s^2 + (8-10s)^2) = √(113s^2 - 160s + 64)

⎪PQ⎪ hat dort ein Minimum, wo auch der Ausdruck unter der Wurzel sein Minimum hat. Das liegt dort, wo die 1. Ableitung = 0 ist:

226s - 160 = 0
s = 80/113

Daraus ergibt sich:

Q(240/113 ; -160/113 ; 3720/113)
PQ = (240/113 ; -1160/113 ; 104/113)
h: x = (0/0/32) + t(240 / -160 / 104)

Proben:

liegt Q auf h?

x-Koordinate:
0 + 240t = 240/113
t = 1/113

y-Koordinate, t in h:
-160 t = -160/113....stimmt

z-Koordinate; t in h:
32 + 104/113 = 3720/113..stimmt auch.

orthogonal?

(3/-2/-10) * (240 / -160 / 104) = 720 + 320 - 1040 = 0
..stimmt auch.




Marcus641 
Fragesteller
 10.06.2022, 15:50

Danke!! Du hast mir sehr geholfen!! Alleine hätte ich immernoch rumgerätselt.^^D

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In der Aufgabe muss ein Lot von P auf die Gerade SE gefällt werden. Der Lotfußpunkt L auf der Gerade minimiert dabei den Abstand zu P.

Wenn sich ein Punkt auf der Gerade von S nach E bewegt, ist die Ableitung des Abstandes zu P proportional zum Skalarprodukt der Bewegungsrichtung und der Richtung zu P. Genau da wo das Skalarprodukt 0 ist die Ableitung des Abstandes auch 0.


Marcus641 
Fragesteller
 10.06.2022, 12:10

Okay, danke!

Aber wie bilde ich eine Ableitung wenn ich keine Funktion sondern nur drei Parameter für jeden Punkt habe und wie kann ich dann überhaupt eine Funktion aufstellen?

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Mathmaninoff, UserMod Light  10.06.2022, 12:15
@Marcus641

Zunächst parametrisiert Du die Gerade:

L = S + λ(E - S)

Der Abstand der Punkte P und L soll minimiert werden:

||P - L|| → min

L hängt dabei von λ ab. Es wird also nach λ minimiert.

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Marcus641 
Fragesteller
 10.06.2022, 12:56
@Mathmaninoff, UserMod Light

Wenn ich sie parametrisiere, dann erhalte ich diese Funktion:

L=(0;0;40)+λ(3;-2;-10).

Aber wie soll ich diese Funktion minimieren, wenn ich immernoch drei Parameter übereinander habe?

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