3D-Geometrie-Formeln

Korper + 3D-Koordinatengeometrie: Richtungskosinus, Geraden, Ebenen

Geprüft von [email protected], Geometry Calculator Developer & Online Math Educator Zuletzt aktualisiert am May 14, 2026

3D-Geometrie umfasst zwei verwandte Themen in den Standardlehrplänen der Schulen: (1) Körperformen — Volumen und Oberflächen von Würfel, Zylinder, Kugel, Kegel, Pyramide und Prisma; und (2) 3D-Koordinatengeometrie (NCERT Klasse 12 in Indien, A-Level-Äquivalent anderswo) — Richtungskosinusse, Geraden und Ebenen im 3D-Raum. Diese Seite enthält alle Formeln, die Sie für beide benötigen, mit durchgerechneten Beispielen.

Die Formeln

Name Formel Hinweise
Würfel — Volumen V = s³ s = Kantenlänge. SA = 6s², Diagonale d = s√3.
Quader — Volumen V = l × w × h SA = 2(lw + lh + wh); Raumdiagonale d = √(l² + w² + h²).
Zylinder — Volumen V = π × r² × h SA = 2πr(r + h); Mantelfläche SA = 2πrh.
Kugel — Volumen V = (4/3) × π × r³ SA = 4πr². Einzige Form mit einem Parameter.
Kegel — Volumen V = (1/3) × π × r² × h Genau 1/3 des entsprechenden Zylinders. Mantellinie l = √(r²+h²); SA = πr(r + l).
Quadratische Pyramide — Volumen V = (1/3) × b² × h b = Grundseite. 1/3 des Würfels mit gleicher Grundfläche + Höhe.
Abstand im 3D d = √[(x₂−x₁)² + (y₂−y₁)² + (z₂−z₁)²] 3D-Pythagoras. Erweiterung der 2D-Abstandsformel.
Mittelpunkt im 3D M = ((x₁+x₂)/2, (y₁+y₂)/2, (z₁+z₂)/2) Komponentenweiser Mittelwert — genau die gleiche Idee wie im 2D.
Richtungskosinusse l = cos α, m = cos β, n = cos γ α, β, γ = Winkel, die eine Gerade mit der x-, y-, z-Achse bildet. Identität: l² + m² + n² = 1.
Richtungsverhältnisse → Richtungskosinusse l = a/√(a²+b²+c²), m = b/√(...), n = c/√(...) Normalisieren Sie die Richtungsverhältnisse (a,b,c), um den Einheitsvektor (l,m,n) zu erhalten.
Gerade — Vektorform ⃗r = ⃗a + λ⃗b ⃗a = Ortsvektor eines Punktes auf der Geraden; ⃗b = Richtungsvektor; λ = Parameter (beliebig reell).
Gerade — Kartesische (symmetrische) Form (x−x₁)/a = (y−y₁)/b = (z−z₁)/c (x₁,y₁,z₁) = Punkt auf der Geraden; (a,b,c) = Richtungsverhältnisse.
Ebene — Vektor-Normalenform ⃗r · ⃗n = d ⃗n = Normalenvektor; d = Abstand vom Ursprung.
Ebene — Kartesische Form Ax + By + Cz + D = 0 (A, B, C) ist der Normalenvektor zur Ebene.
Ebene — Achsenabschnittsform x/a + y/b + z/c = 1 a, b, c = x-, y-, z-Achsenabschnitte der Ebene.
Abstand von Punkt zu Ebene d = |Ax₀ + By₀ + Cz₀ + D| / √(A² + B² + C²) Punkt (x₀, y₀, z₀); Ebene Ax+By+Cz+D=0. Reines 3D-Analogon zum Punkt-Gerade-Abstand.
Winkel zwischen zwei Geraden cos θ = |⃗b₁ · ⃗b₂| / (|⃗b₁| × |⃗b₂|) Skalarprodukt der Richtungsvektoren, normiert. θ ∈ [0°, 90°].
Winkel zwischen zwei Ebenen cos θ = |⃗n₁ · ⃗n₂| / (|⃗n₁| × |⃗n₂|) Skalarprodukt der Normalenvektoren. Parallele Ebenen → θ = 0; senkrechte → θ = 90°.
Windschiefe Geraden — kürzester Abstand d = |(⃗a₂ − ⃗a₁) · (⃗b₁ × ⃗b₂)| / |⃗b₁ × ⃗b₂| Kreuzprodukt ergibt gemeinsame Senkrechte; projizieren Sie den Verbindungsvektor darauf.

Gelöste Beispiele

Beispiel 1: Volumen eines Würfels mit Seitenlänge 5 cm

  1. V = s³ = 5³ = 125 cm³
  2. SA = 6s² = 6 × 25 = 150 cm²
  3. Diagonal d = s√3 = 5√3 ≈ 8.66 cm

Beispiel 2: Abstand zwischen (1, 2, 3) und (4, 6, 8)

  1. Δx = 3, Δy = 4, Δz = 5
  2. d = √(9 + 16 + 25) = √50 = 5√2 ≈ 7.07

Beispiel 3: Richtungskosinusse der Geraden mit Richtungsverhältnissen (2, 3, 6)

  1. Magnitude = √(4 + 9 + 36) = √49 = 7
  2. l = 2/7, m = 3/7, n = 6/7
  3. Check: l² + m² + n² = 4/49 + 9/49 + 36/49 = 49/49 = 1 ✓

Beispiel 4: Abstand vom Punkt (1, 2, 3) zur Ebene 2x − y + 2z − 3 = 0

  1. Numerator: |2(1) − 1(2) + 2(3) − 3| = |2 − 2 + 6 − 3| = |3| = 3
  2. Denominator: √(4 + 1 + 4) = √9 = 3
  3. d = 3 / 3 = 1 unit

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