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Normierte Vektoren

Ein Vektor mit Länge 1 ist normiert, d.h. bei normierten Vektoren gilt $|\vec v|=1$.
Um den normierten Vektor $\vec v_n$ zu einem gegebenen Vektor zu berechnen multipliziert man ihn mit $\frac1{|\vec v|}$:
$\vec v_n = \frac1{|\vec v|}\cdot \vec v$
Beweis:
Hat der Vektor $\vec v$ die Länge $l$, dann hat der Vektor $\vec w = r\cdot \vec v$ die Länge $r\cdot l$.
Denn:
$\begin{array}{lcl} \left|r\cdot \vz{x_1}{x_2}\right| &=& \left|\vz{r\cdot x_1}{r\cdot x_2}\right| \\ &=&\sqrt{(r\cdot x_1)^2+(r\cdot x_2)^2}\\ &=&\sqrt{r^2\cdot x_1^2+r^2\cdot x_2^2}\\ &=&\sqrt{r^2\cdot( x_1^2+ x_2^2)}\\ &=&r\cdot\sqrt{ x_1^2+ x_2^2}\\ &=&r\cdot\left| \vz{x_1}{x_2}\right| \end{array}$
Wählt man nun $r=\frac1{|\vec v|}$ so ist die Länge $\left| \frac1{|\vec v|}\vec v \right| = \frac1{|\vec v|}\cdot \left| \vec v \right| = \frac{\left| \vec v \right|}{|\vec v|} = 1 $
3 Vektoren mit ihre normierten Vektoren
3 Vektoren (schwarz) und die zugehörigen normierten Vektoren (rot)

Anwendung normierter Vektoren - ein Pfeil

Man will die Linie von $A(0\mid 1)$ nach $B( 2\mid 2)$ mit einer Pfeilspitze bei $B$ darstellen.
Die Pfeilspitze soll 1 lang und 0,5 breit sein.
Vorgehen
  • Der Vektor $\vec v$ von $A$ nach $B$ ist $\vec v = \vz{2}{1}$ mit einer Länge von $|\vec v| = \sqrt 5$.
    Der normierte Vektor $\vec v_n=\frac1{\sqrt5}\vz{2}{1} = \vz{2/\sqrt5}{1/\sqrt5} \approx\vz{0{,}89}{0{,}45}$
  • Der Start $S$ der Pfeilspitze soll 1LE vor $B$ sein.
    $S$ ist also $\overrightarrow{OB}-1\cdot \vec v_n$ $= \vz22-1\cdot\vz{2/\sqrt5}{1/\sqrt5}$ $= \vz{2-2/\sqrt5}{2-1/\sqrt5}\approx\vz{1{,}11}{1{,}55}$.
  • Von $S$ aus müssen wir senkrecht zu $\vec v$, nennen wir den senkrechten Vector $\vec s$. Er ist $\vec s=\vz{-1}{2}$. Da $\vec s$ aber $\sqrt 5$ lang ist können wir damit nicht unsere Pfeilspitze erstellen.
    Wir brauchen also den normierten Vektor $\vec s_n = \vz{-1/\sqrt5}{2/\sqrt5}$.
  • Für die unteren Punkte der Pfeilspitze brauchen wir jetzt: $\overrightarrow{OS}+0{,}5\cdot \vec s_n$ und $\overrightarrow{OS}-0{,}5\cdot \vec s_n$.
    Mit + gehen wir auf der einen Seite der Linie nach aussen und mit - auf der anderen.
    Diese Punkte nennen wir $P_1=\overrightarrow{OS}+0{,}5\cdot \vec s_n$ $=\vz{2-2/\sqrt5}{2-1/\sqrt5} +0{,}5\cdot \vz{-1/\sqrt5}{2/\sqrt5} $ $=\vz{2-2/\sqrt5+0{,}5\cdot(-1/\sqrt5)}{2-1/\sqrt5+0{,}5\cdot(2/\sqrt5)}$ $=\vz{2-2{,}5/\sqrt5}{2}\approx \vz{0{,}88}{2} $
    und $P_2=\overrightarrow{OS}-0{,}5\cdot \vec s_n = \vz{2-1{,}5/\sqrt5}{2-2/\sqrt5}$ $\approx \vz{1{,}33}{1{,}11}$
Die komplette Pfeilspitze.
Die komplette Pfeilspitze.
Konstruktion von S.
Konstruktion von $S$.
Konstruktion von P1.
Konstruktion von $P_1$.
Konstruktion von P2.
Konstruktion von $P_2$.
Beispiele:
  1. Gib den normierten Vektor zu $\vec v=\vz{3}{4}$ an?
    Lösung: Länge: $|\vec v|=5$, also ist $\vec v_n = \vz{\frac35}{\frac45}=\vz{0{,}6}{0{,}8}$
  2. Zum Nullvektor $\vz00$ gibt es keinen normierten Vektor, warum?
    Lösung:
    $\left|\vz00\right| = 0$.
    Somit müsste man durch 0 teilen, um den normierten Vektor zu erhalten.
    Oder man überlegt sich: Der Nullvektor verschiebt um 0 (in alle bzw. keine Richtung), somit kann es keinen Vektor geben, der in keine Richtung aber um 1LE verschiebt.
  3. Gib einen Vektor an, der um genau 1LE in die Richtung von $\vz40$ verschiebt.
    Lösung: Die Länge ist 4 somit verschiebt $\vz10$ um genau eine Längeneinheit.