Spiegelung und Projektion im Raum
Nach dieser Lektion kannst du
die Orthogonalprojektion eines Punktes auf eine Gerade oder Ebene als Fußpunkt des Lots deuten,
den Spiegelpunkt an einer Ebene als „noch einmal dasselbe Lot hinter die Ebene“ konstruieren,
Projektion und Spiegelung mit Normalenvektor ausrechnen,
Projektion auf eine Gerade über das Skalarprodukt schreiben.
Licht fällt senkrecht auf einen Spiegel: Der Auftreffpunkt ist die Projektion der Lichtquelle auf die Spiegelebene. Der virtuelle Punkt hinter dem Glas, den man im Spiegel sieht, liegt ebenso weit dahinter — der Spiegelpunkt.
Beides braucht dasselbe Lot. Die Projektion bleibt auf der Ebene, die Spiegelung geht hindurch. In Vektoren: Man zieht (bzw. verdoppelt) die Normalenkomponente vom Ortsvektor ab.
und die -Ebene. Wo liegen Projektion und Spiegelpunkt ?
Probier es aus
Projektion und Spiegelung an einer Ebene
Ebene durch mit Einheitsnormale , Punkt . Der gerichtete Abstand ist .
- Fußpunkt (Orthogonalprojektion): .
- Spiegelpunkt: .
liegt in der Ebene, so, dass die Mitte von und ist. Die Verbindungsstrecke steht senkrecht auf der Ebene.
Projektion auf eine Gerade :
.
Spiegelung von an
Spiegelung von an
Einheitsnormale , .
Fußpunkt: .
Projektion auf die -Achse
Projektion auf die -Achse
, Gerade .
In Koordinaten: Orthogonalprojektion auf eine Koordinatenachse streicht die anderen Komponenten. Allgemein ist es dasselbe mit einem schiefen , nur weniger sichtbar.
Welche Beziehung gilt immer zwischen , Fußpunkt und Spiegelpunkt an einer Ebene?
Schräge Projektion mit der orthogonalen verwechseln
Schräge Projektion mit der orthogonalen verwechseln
In der Parameterform einer Geraden ist die orthogonale Projektion nur, wenn man die Formel mit dem Skalarprodukt verwendet. Wer so wählt, dass eine Koordinate passt und die anderen ignoriert, projiziert parallel zu einer Achse — eine andere Abbildung.
Bei der Ebene: Den Punkt nur in auf setzen gilt ausschließlich für Ebenen .
Lot = Richtung der Normalen (Ebene) bzw. senkrecht zum Richtungsvektor (Gerade).
Zusammenfassung
Fußpunkt: Punkt minus Normalenkomponente des Abstandsvektors.
Spiegelpunkt: minus das Doppelte derselben Komponente. ist die Mitte.
Gerade: .
Probe: in der Ebene/auf der Geraden, senkrecht dazu.
Übungen
Spiegelpunkt von an ist
Orthogonalprojektion von auf ist
Bei Spiegelung an einer Ebene ist und nicht in der Ebene. Wie groß ist der Abstand ?
Warum genügt es, die Normalenkomponente zu verdoppeln und abzuziehen, um zu spiegeln — warum muss man die Anteile parallel zur Ebene nicht anfassen?