Der Einheitsvektor hat die Länge 1 und endet auf der Einheitskugel. Der Nullvektor hat keinen.
Schwerpunkt und Teilpunkt: Der Schwerpunkt eines Dreiecks ist S=31(A+B+C). Er teilt jede Seitenhalbierende im Verhältnis 2:1 (von der Ecke aus). Ein Punkt T=A+t⋅AB teilt die Strecke [AB] im Verhältnis t:(1−t); für t<0 oder t>1 liegt er außerhalb.
Zufallsweg: Jeder Schritt ist einer der sechs Einheitsvektoren ±e1,±e2,±e3. Die Summe s zeigt vom Start zum Ziel; sortiert man die Schritte, endet der Weg am selben Punkt (die Reihenfolge beim Addieren ist egal). Im Mittel ist ∣s∣2=n, der typische Abstand wächst also nur wie n.
Sonderfälle werden angesagt: Nullvektor, parallele Vektoren, flacher Spat, Punkte auf einer Geraden (kein Dreieck), Rückkehr zum Ursprung.
Ausprobieren
Spiele die Animation ab und ziehe die Spitzen von a und b. Ist a+b=b+a? Addition
Stelle beim Vervielfachen k=−1,5 ein. Was passiert mit Richtung und Länge? Vervielfachen
Lässt sich c=003 als Linearkombination von a=240 und b=1−13 schreiben? Aufgabe laden
Lösung anzeigen
Aus 2r+s=0 und 4r−s=0 folgt r=s=0, dann ist die dritte Komponente 0=3. c liegt nicht in der Ebene – es geht nicht. In der Simulation zeigen
Aufgabe 4: Einheitsvektor
Berechne den Einheitsvektor zu v=034. Wie viele Vektoren mit ganzzahligen Komponenten haben die Länge 3? Aufgabe laden
Lösung anzeigen
∣v∣=0+9+16=5, v0=00,60,8. Länge 3: (±3∣0∣0) und Vertauschungen (6 Vektoren) sowie alle Vorzeichen und Vertauschungen von (1∣2∣2) (3⋅8=24) – zusammen 30. In der Simulation zeigen
Aufgabe 5: Schwerpunkt und Teilpunkt
Berechne den Schwerpunkt des Dreiecks A(3∣0∣0), B(0∣3∣0), C(0∣0∣3) und prüfe S=A+32AMa. Welcher Punkt T teilt [AB] mit B(−1∣4∣0) im Verhältnis 1:3? Aufgabe laden
Lösung anzeigen
S=31(3∣3∣3)=(1∣1∣1); Ma(0∣1,5∣1,5), A+32−31,51,5=(1∣1∣1) ✓. Teilpunkt: t=41, T=A+41−440=(2∣1∣0). In der Simulation zeigen
Ideen für den Unterricht
Einsatz: Oberstufe, Grundlagen der Koordinatengeometrie im Raum.
Zufallsweg als Experiment: Erst schätzen lassen, wie weit man nach 100 Schritten kommt, dann simulieren; das sortierte Bild zeigt das Kommutativgesetz.
Häufige Stolpersteine:
Beim Verbindungsvektor wird „Fuß minus Spitze“ gerechnet.
∣a+b∣ wird als ∣a∣+∣b∣ berechnet.
Beim Einheitsvektor wird nur eine Komponente durch die Länge geteilt.
Der Schwerpunkt wird beim Verhältnis 2:1 von der falschen Seite gemessen.