Hallo Lena,
ich habe eine gute und eine schlechte Nachricht für dich.
Zuerst die schlechte: Formel gibts nicht.
Die gute: Ich habs trotzdem gelöst. Vielleicht ist 00:09 auch nicht die richtige Uhrzeit, um sich über Probleme dieser Art Gedanken zu machen.
Ich habe eine Kugel
K: (x1)²+(x2)²+(x3)²-10(x1)-10(x2)-6(x3)+23=0
und eine Polarebene
E: (x1)+(x2)+(x3)-4=0
zu der ich den Pol berechnen soll.
Als erstes habe ich die Kugel durch quadratische Ergänzung so umgeformt, so dass man Mittelpunkt und Radius ablesen kann:
K: (x1 - 5)² + (x2 - 5)² + (x3 - 3)² = 36
=> M(5;5;3); r=6
Dann habe ich den Abstand des Mittelpunktes M von der Ebene E berechnet. Dazu nimmst du am besten die Hessesche Normalenform der Ebene und setzt die Koordinaten von M ein.
Als Abstand ergibt sich d=9/wurzel aus 3
Spätestens jetzt schadet eine Skizze nicht. Zeichne dazu eine Ebene, in der M und der Pol P liegen. Die Kugel ist dann ein Kreis, die Polarebene eine Sekante. Wenn du noch den Radius zum Schnittpunkt der Sekante einzeichnest, dann hast du ein rechtwinkliges Dreieck, mit der Tangente an den Kreis durch P, der Strecke [MP] und dem eingezeichneten Radius als Seiten. Die Länge der Strecke [MP] habe ich p genannt.
Nach dem Kathetensatz gilt: r² = dp
Also: p = r²/d = 36 / (9/wurzel aus 3) = 4 * wurzel aus 3
Der Normalenvektor ist n=(1|1|1) (die Schreibweise ist so nicht ganz richtig, aber mir fällt nichts besseres ein)
Einheitsnormalenvektor n0=(1|1|1)/wurzel aus 3
Den Einheitsnormalenvektor musst du dann noch d mal zum Ortsvektor von M addieren oder subtrahieren, es muss sich halt die richtige Richtung ergeben.
Ich hab beides ausprobiert, bei der Subtraktion kommt als Pol (1;1;-1), bei der Addition (9;9;7). Dann schaut man sich die Skizze wieder an und Stellt fest, dass M und P auf verschiedenen Seiten von E liegen muss. Setzt man beide Punkte in die Hessesche Normalenform der Ebene ein, dann ergibt sich für (9;9;7) und M(5;5;3) das gleiche Vorzeichen, für (1;1;-1) und M verschiedene Vorzeichen. Verschiedene Vorzeichen bedeuten, dass die Punkte auf verschiedenen Seiten der Ebene liegen. Richtig ist also P(1;1-1)
Alles was unklar ist halt einfach nochmal hinterfragen, ich erklärs dann schon…
Gruß, Franz