MathProf - Grafische Addition von Vektoren - 3D - Vektorrechnung

MathProf - Vektorgeometrie - Ein Programm für interaktive Mathematik für das Berufskolleg, das Abitur und das Studium zum Lösen verschiedenster Aufgaben und zur Visualisierung relevanter Sachverhalte mittels Simulationen, 2D- und 3D-Animationen. Zur effektiven Benutzung dessen wird ein bereits erlangtes Grundwissen zum entsprechenden Themengebiet vorausgesetzt.

Online-Hilfe
für das Modul Lineare Algebra und analytische Geometrie
zur Durchführung der grafischen Addition von Vektoren im Raum (3D-Vektoren) ausgehend vom Koordinatenursprung.

In diesem Unterprogramm erfolgt die Praktizierung der grafischen Vektoraddition mit dreidimensionalen Vektoren. Nach einer Festlegung von Richtungsvektoren und dem Berechnen derer Resultierenden werden die Richtungswinkel sowie der Betrag dieser ausgegeben.

Auch die Koordinaten dargestellter Vektoren im Raum werden bei Ausgabe der entsprechenden Grafik angezeigt. Dieses Teilprogramm ermöglicht sowohl das Darstellen und die Berechnung linear abhängiger Vektoren, wie auch linear unabhängiger Vektoren im Raum. Bei Bedarf kann zudem die Darstellung orthogonal aufeinanderstehender 3D-Vektoren veranlasst werden.

Ein frei bewegbares und drehbares, dreidimensionales Koordinatensystem erlaubt die Durchführung interaktiver Analysen bzgl. Sachverhalten und entsprechender Zusammenhänge zu diesem Fachthema. Auch die Ausführung verschiedener 3D-Animationen mit Gebilden dieser Art kann veranlasst werden.

Beispiele, welche Aufschluss über die Verwendbarkeit und Funktionalität
dieses Programmmoduls geben, sind implementiert.

 

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Themen und Stichworte: Vektorrechnung im Raum - Vektorgeometrie - Berechnungen im Vektorraum - Vektoren berechnen - Dreidimensionale Vektoren - Ortsvektor - Richtungsvektoren - Winkel im Raum - Vektoren im Raum - 3D-Vektoren zeichnen - Darstellung kollinearer Vektoren - Darstellung komplanarer Vektoren - Resultierende - Rechner - Dreidimensionaler Vektor - Vektoren im R3 - Zeichnen von Vektoren im Raum - Koordinatenursprung - x y z Koordinaten - Vektorielle Addition - Vektoren grafisch addieren - Vektordarstellung dreidimensional

 

Das kleine Unterprogramm [Vektoralgebra] - [Vektoraddition] - Grafische Vektoraddition im Raum ermöglicht die Analyse der Zusammenhänge bei Durchführung einer Vektoraddition im Raum.

Das Programm führt hierbei eine komponentenweise Aufsummierung der durch Punkte definierten Vektoren durch und ermittelt die Resultierende des Systems. Zudem gibt es die Winkel aus, die die Resultierende bzgl. der Koordinatenachsen besitzt (Richtungswinkel). Bezugspunkt der Aufsummierung ist stets der Ursprung des Koordinatensystems.
 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Um eine Addition von Vektoren im Raum durchführen zu lassen, sollten Sie Folgendes ausführen:
 

1. Geben Sie die Koordinatenwerte eines Punktes in die Felder mit den Bezeichnungen X,Y und Z ein und bedienen Sie die Schaltfläche Übernehmen.
    
2. Wiederholen Sie diesen Vorgang bis alle benötigten Punkte aufgenommen sind.
    
3. Möchten Sie einen Eintrag in der Tabelle löschen, so fokussieren Sie diesen und bedienen die Schaltfläche Löschen. Sollen bereits eingetragene Werte geändert werden, so fokussieren Sie zunächst den entsprechenden Eintrag in der Tabelle, geben die neuen Werte in die entsprechenden Felder ein und bedienen hierauf die Schaltfläche Ersetzen. Um alle Einträge zu löschen, kann die Schaltfläche Alle löschen verwendet werden.
    
4. Bedienen Sie die Schaltfläche Berechnen.
    
5. Wollen Sie sich Zusammenhänge grafisch veranschaulichen, so aktivieren Sie Kontrollschalter Automatisch oder Statisch und bedienen die Schaltfläche Darstellen.

Möchten Sie eingegebene Koordinatenwerte speichern, so kann dies über den Menüeintrag Datei - Speichern durchgeführt werden. Um mit bereits gespeicherten Daten eine Analyse durchzuführen, verwenden Sie den Menüeintrag Datei - Öffnen. Beim Öffnen einer Datei werden bereits eingegebene Werte durch die Dateidaten überschrieben!

Beachten Sie:

Das Löschen oder Ändern des ersten Tabelleneintrags ist nicht möglich.

Bei Ausgabe der Darstellung ermöglicht das Programm die Bemessung des Darstellungsbereichs auf eine der folgenden Arten und Weisen:
 

• Automatisch

• Statisch

1. Automatisch:
   Wird die Einstellung Automatisch durch die Aktivierung des dafür vorgesehenen Kontrollschalters gewählt, so ermittelt das Programm alle zur vollständigen Darstellung des Gebildes erforderlichen x-, y- und z-Koordinatenwerte automatisch und bemisst den Darstellungsbereich dementsprechend.
    

2. Statisch:
   Wird der Kontrollschalter Statisch aktiviert, so verwendet das Programm bei Aufruf der Darstellung den unter Abs. Bereich voreingestellten Darstellungsbereich und beschneidet Gebilde an Stellen, die außerhalb dessen liegen. Diesen Bereich können Sie bei Ausgabe der Darstellung verändern, indem Sie den auf dem Bedienformular zur Verfügung stehenden Rollbalken Bereich positionieren. Der maximal einstellbare Wert entspricht dem Doppelten des unter Abs. Bereich auf dem Hauptformular des Unterprogramms vorgegebenen Werts.

Im Formularbereich Darstellung - Optionen können Sie u.a. durch die Aktivierung bzw. Deaktivierung der entsprechenden Kontrollkästchen folgende Einstellungen vornehmen, die bei Ausgabe der grafischen Darstellung der Zusammenhänge wirksam werden:

• Beschriften: Beschriftung dargestellter Punkte ein-/ausschalten
• Hilfslinien: Darstellung von Hilfslinien ein-/ausschalten
• Textausgabe: Anzeige ermittelter Ergebnisse bei Ausgabe der Darstellung ein-/ausschalten

Grundlegendes zum Umgang mit dem Programm bei der Ausgabe dreidimensionaler grafischer Darstellungen erfahren Sie unter Dreidimensionale Grafiken - Handling. Wie Sie das Layout einer 3D-Darstellung konfigurieren können, erfahren Sie unter 3D-Layoutkonfiguration.

Numerische Vektoraddition im Raum

Es gilt, eine Vektoraddition mit den Richtungsvektoren a1 (3 / 2 / 4), a2 (-3 / -2 / 2) und a3 (8 / 3 / -10) durchführen zu lassen.

Vorgehensweise:

Nach Eingabe der Werte, der durch Punkte definierten Richtungsvektoren, ermittelt das Programm nach einer Bedienung der Schaltfläche Berechnen nachfolgend aufgeführte Ergebnisse:

Die vom Koordinatenursprung ausgehende Resultierende des Systems besitzt die Koeffizientenwerte:

Die Richtungswinkel der Resultierenden sind:

α = 32,005°

β = 71,458°

γ = 115,087°

Der Betrag der Resultierenden besitzt den Wert 9,434.
 

Gerade und Vektoren - Vektorielle Linearkombination - Vektorielles Teilverhältnis - Vektoraddition in der Ebene - Resultierende - Komponentendarstellung (3D) - Vektorprodukt (3D) - Skalarprodukt (3D) - Spatprodukt (3D) - Vektorprojektion (3D) - Tripelprodukt (3D) - Numerische Vektoraddition im Raum - Grafische Vektoraddition im Raum (3D) - Gerade in Punkt-Richtungs-Form (3D) - Gerade in 2-Punkte-Form (3D) - Ebene in Punkt-Richtungs-Form (3D) - Ebene in 3-Punkte-Form (3D) - Ebene in Normalen-Form (3D) - Ebene in Koordinaten-Form (3D) - Zwei Ebenen (3D) - Kugel - Gerade (3D) - Kugel - Ebene - Punkt (3D) - Kugel - Kugel (3D)

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