Theorie:
Koordinaten eines Punktes
Die drei zueinander paarweise orthogonalen Geraden bilden ein Koordinatensystem im Raum. Der Schnittpunkt aller drei Geraden ist der Ursprung des Koordinatensystems.
Die \(x\)-Achse wird auch Abszissenachse, die \(y\)-Achse Ordinatenachse und die \(z\)-Achse Applikatenachse genannt.
Von jeweils zwei Achsen wird eine Ebene aufgespannt. Insgesamt bekommt man drei Koordinatenebenen, die \((xy)\)-, \((yz)\)- und \((xz)\)-Ebene.
Die Lage des Punktes \(A\) wird durch seine drei Koordinaten \(x\), \(y\) und \(z\) bestimmt.
Man schreibt: \(A(x; y; z)\).
Liegt ein Punkt auf der \(x\)-Achse, sind seine Koordinaten \(X(x; 0; 0)\), liegt er auf der \(y\)-Achse, sind seine Koordinaten \(Y(0; y; 0)\) und falls er auf der \(z\)-Achse liegt, sind seine Koordinaten \(Z(0; 0; z)\).
Ebenso gilt:
Liegt der Punkt in der \(xy\)-Ebene, sind seine Koordinaten , falls er in der \(yz\)-Ebene liegt, sind seine Koordinaten . Liegt der Punkt in der \(xz\)-Ebene, sind seine Koordinaten .
Komponenten eines Vektors
Trägt man vom Ursprung des Koordinatensystems die Einheitsvektoren , und ab, so erhält man die rechtwinkelige Basis des Koordinatensystems. Ein beliebiger Vektor kann in die Einheitsvektoren zerlegt und als dargestellt werden.
Die Koeffizienten \(x\), \(y\) und \(z\) sind eindeutig bestimmt und werden Koordinaten des Vektors genannt.
Man schreibt: .
Rechenoperationen in Koordinaten:
- die Koordinaten der Vektorsumme, wenn die Koordinaten der Vektoren bekannt sind:
Ist und , dann ist die Summe gegeben als .
- die Koordinaten der Vektordifferenz, wenn die Koordinaten der Vektoren bekannt sind, sind:
- die Koordinaten des Produkts eines Vektors mit einer Zahl, wenn die Koordinaten des Vektors bekannt sind:
- die Länge des Vektors:
- die Koordinaten eines Vektors, wenn die Koordinaten des Start- und Endpunktes des Vektors bekannt sind:
, , - der Abstand zwischen zwei Punkten, wenn die Koordinaten der Punkten bekannt sind:
- die Koordinaten des Mittelpunktes einer Strecke, wenn die Koordinaten der Endpunkte dieser Strecke bekannt sind: