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v1 · padrão canônico

Lektion 23 — Lagebeziehungen von Geraden

Paralelismo, perpendicularidade, interseção. Ângulo entre retas. Distância ponto-reta.

Used in: 1.º ano do EM (15–16 anos) · Equiv. Math I japonês cap. 3 · Equiv. Klasse 10 alemã (Analytische Geometrie)

rs    mr=ms,rs    mrms=1r \parallel s \iff m_r = m_s, \qquad r \perp s \iff m_r \cdot m_s = -1
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Kriterien und Formeln

Parallelität und Orthogonalität

Gegeben Geraden r:y=mrx+nrr: y = m_r x + n_r und s:y=msx+nss: y = m_s x + n_s:

LageKriterium (Normalform)Kriterium (allgemeine Form)
Parallel, verschiedenmr=msm_r = m_s, nrnsn_r \neq n_sAr/As=Br/BsCr/CsA_r/A_s = B_r/B_s \neq C_r/C_s
Identischmr=msm_r = m_s, nr=nsn_r = n_sAr/As=Br/Bs=Cr/CsA_r/A_s = B_r/B_s = C_r/C_s
Schneidendmrmsm_r \neq m_sArBsAsBr0A_r B_s - A_s B_r \neq 0
Senkrechtmrms=1m_r \cdot m_s = -1ArAs+BrBs=0A_r A_s + B_r B_s = 0

Sonderfälle mit vertikalen Geraden: x=ax = a ist vertikal, y=by = b ist horizontal. Vertikale untereinander sind parallel; vertikal und horizontal sind senkrecht.

Winkel zwischen zwei Geraden

tanθ=mrms1+mrms\tan\theta = \left|\frac{m_r - m_s}{1 + m_r m_s}\right|

(unter der Annahme, dass keine Gerade vertikal ist).

Abstand Punkt-Gerade

Punkt P0=(x0,y0)P_0 = (x_0, y_0) und Gerade Ax+By+C=0Ax + By + C = 0:

d(P0,r)=Ax0+By0+CA2+B2d(P_0, r) = \frac{|A x_0 + B y_0 + C|}{\sqrt{A^2 + B^2}}

Abstand zwischen parallelen Geraden

Für r:Ax+By+C1=0r: Ax + By + C_1 = 0 und s:Ax+By+C2=0s: Ax + By + C_2 = 0: d(r,s)=C1C2A2+B2d(r, s) = \frac{|C_1 - C_2|}{\sqrt{A^2 + B^2}}

Mittelsenkrechte

Menge der Punkte, die gleich weit von AA und BB entfernt sind. Es ist die Gerade, die senkrecht auf AB\overline{AB} steht und durch den Mittelpunkt verläuft.

Exercise list

30 exercises · 7 with worked solution (25%)

Application 15Understanding 2Modeling 10Challenge 2Proof 1
  1. Ex. 23.1Application
    Prüfe, ob y=2x+1y = 2x + 1 und y=2x5y = 2x - 5 parallel sind. (Antw.: ja, mm gleich.)
  2. Ex. 23.2Application
    Prüfe, ob y=3x+2y = 3x + 2 und y=x/3+4y = -x/3 + 4 senkrecht zueinander sind. (Antw.: ja.)
  3. Ex. 23.3Application
    Gerade parallel zu y=5x2y = 5x - 2 durch (0,7)(0, 7).
  4. Ex. 23.4Application
    Gerade senkrecht zu y=x/2+3y = -x/2 + 3 durch (4,1)(4, 1).
  5. Ex. 23.5Application
    Für welches kk sind die Geraden y=kx+1y = kx + 1 und y=4x3y = 4x - 3 parallel? (Antw.: k=4k = 4.)
  6. Ex. 23.6ApplicationAnswer key
    Für welches kk sind die Geraden y=kx+1y = kx + 1 und y=4x3y = 4x - 3 senkrecht? (Antw.: k=1/4k = -1/4.)
  7. Ex. 23.7ApplicationAnswer key
    Schnittpunkt von 2x+y=52x + y = 5 und xy=1x - y = 1. (Antw.: (2,1)(2, 1).)
  8. Ex. 23.8Application
    Abstand von (2,3)(2, 3) zur Geraden 3x+4y12=03x + 4y - 12 = 0.
  9. Ex. 23.9Application
    Abstand zwischen y=2x+3y = 2x + 3 und y=2x5y = 2x - 5.
  10. Ex. 23.10Application
    Winkel zwischen y=xy = x und y=xy = -x. (Antw.: 90°.)
  11. Ex. 23.11Application
    Winkel zwischen y=xy = x und der xx-Achse. (Antw.: 45°.)
  12. Ex. 23.12ApplicationAnswer key
    Zeige, dass die Diagonalen des Quadrats (0,0),(1,0),(1,1),(0,1)(0,0), (1,0), (1,1), (0,1) senkrecht aufeinander stehen.
  13. Ex. 23.13Application
    Mittelsenkrechte von (2,3)(8,11)\overline{(2,3)(8,11)} — Gleichung?
  14. Ex. 23.14Application
    Gerade mit Steigung tan60°\tan 60° durch (0,0)(0, 0).
  15. Ex. 23.15Application
    Bestimme, ob (1,2),(3,4),(5,6)(1,2), (3,4), (5,6) auf derselben Geraden liegen.
  16. Ex. 23.16Modeling
    Auf einer Stadtkarte haben parallele Straßen die Gleichung 3x+4y=c3x + 4y = c für verschiedene cc. Abstand zwischen c=0c = 0 und c=25c = 25? (Antw.: 5.)
  17. Ex. 23.17ModelingAnswer key
    Zwei Tarife: A kostet 60 € fix und B kostet 30 € + 0,10 € pro Minute. Bei welcher Minutenzahl xx sind die Tarife gleich? (Antw.: 300 Min.)
  18. Ex. 23.18Modeling
    Flugbahn 1: y=3x+100y = 3x + 100. Flugbahn 2: y=2x+500y = -2x + 500. Wo schneiden sie sich? (Wichtig für die Flugverkehrskontrolle.)
  19. Ex. 23.19Modeling
    Mittelsenkrechte als Entscheidung: 2 Antennen bei (0,0)(0, 0) und (10,0)(10, 0). Welche Region bilden Punkte näher zur zweiten?
  20. Ex. 23.20Modeling
    Du bist im Ursprung. Feind bei (10,0)(10, 0). Schussbahn: y=mxy = mx. Der Feind kann sich auf der Geraden x+y=10x + y = 10 bewegen. Für welches mm blockiert er genau?
  21. Ex. 23.21ModelingAnswer key
    Roboter bewegt sich geradlinig von (0,0)(0, 0) in Richtung (3,4)(3, 4). Hindernis bei (8,1)(8, 1), Radius 2. Verläuft die Bahn durch das Hindernis?
  22. Ex. 23.22ModelingAnswer key
    In CG: Polygon-Clipping an der Geraden x=5x = 5 — Punkte mit x<5x < 5 bleiben, x>5x > 5 entfallen. Sutherland-Hodgman-Algorithmus.
  23. Ex. 23.23Modeling
    Im GPS deine Position (2,3)(2, 3). Straße modelliert durch 4x3y+6=04x - 3y + 6 = 0. Orthogonaler Abstand zur Straße?
  24. Ex. 23.24Modeling
    In ML: Entscheidungsgrenze eines linearen Klassifikators: w1x1+w2x2+b=0w_1 x_1 + w_2 x_2 + b = 0. Der Abstand eines neuen Punktes zur Grenze zeigt die „Konfidenz" an.
  25. Ex. 23.25Modeling
    In der Ökonomie sind Angebots- und Nachfragekurven Geraden; das Gleichgewicht ist ihr Schnittpunkt. Für S(p)=2p4S(p) = 2p - 4 und D(p)=162pD(p) = 16 - 2p, Gleichgewicht?
  26. Ex. 23.26Understanding
    Verifiziere die Formel tanθ=(m1m2)/(1+m1m2)\tan\theta = |(m_1 - m_2)/(1 + m_1 m_2)| für die Geraden y=xy = x und y=2xy = 2x.
  27. Ex. 23.27Understanding
    Zeige, dass zwei Geraden mit m1m2=1m_1 m_2 = -1 einen Winkel von 90°90° bilden — über die tan\tan-Formel.
  28. Ex. 23.28Challenge
    Finde die Geraden, die durch (0,5)(0, 5) verlaufen und einen Winkel von 45°45° mit y=xy = x bilden.
  29. Ex. 23.29Challenge
    Gleichung der beiden Tangenten an den Kreis x2+y2=1x^2 + y^2 = 1 vom Punkt (2,0)(2, 0) aus.
  30. Ex. 23.30ProofAnswer key
    Beweise die Formel für den Abstand Punkt-Gerade. (Verwende Vektorprojektion — Vorschau Lektion 27.)

Quellen

Updated on 2026-04-30 · Author(s): Clube da Matemática

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