Geben Sie die xyz-Koordinaten von Punkt 1 und Punkt 2 ein, um ihren Abstand im Raum zu berechnen. Die Differenzen in x, y und z sehen Sie gleich mit.
Inhaltsverzeichnis
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Das können Sie auf dieser Seite
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Wofür braucht man diese Berechnung?
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Anleitung
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Formeln und Zeichnungen
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Symbole und Begriffe
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Das sollten Sie vorher wissen
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So berechnen Sie es in Excel
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So berechnen Sie es in Google Tabellen
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So berechnen Sie es in Python
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So schreiben Sie die Formel in LaTeX und anderen Formelsprachen (zum Kopieren)
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So lassen Sie ChatGPT rechnen
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Die Vorteile von DataChef
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Verwandte Funktionen
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Alle Rechner von NumberChef
Das können Sie auf dieser Seite
- Sie geben die xyz-Koordinaten zweier Punkte im Raum (3D) ein und erhalten sofort ihren Abstand \(d\)
- Zusammen mit dem Abstand berechnet der Rechner die Differenzen \(\Delta x\), \(\Delta y\) und \(\Delta z\)
- Das Ergebnis erscheint auch in einer 3D-Zeichnung, die Sie mit der Maus drehen können. So sehen Sie, dass der Abstand die Länge der Strecke zwischen den beiden Punkten ist (der Raumdiagonale eines Quaders)
- Auf dieser Seite finden Sie außerdem eine leicht verständliche Erklärung der Formeln sowie Formeln zum Kopieren für Excel, Google Tabellen und Python
Wofür braucht man diese Berechnung?
In einem 3D-Spiel werden die Positionen von Figuren, Geschossen und Gegenständen als (x | y | z)-Koordinaten gespeichert. Das Spiel entscheidet etwa „Treffer, wenn der Abstand unter einem festgelegten Wert liegt“ oder „ein Gegner bemerkt Sie, sobald Sie näher als eine bestimmte Entfernung kommen“. Steht Ihre Figur zum Beispiel bei (1 | 1 | 1) und ein Gegner bei (2 | 3 | 3), ist der Abstand \(\sqrt{1^2 + 2^2 + 2^2} = 3\). Diese Rechnung, in jedem Einzelbild wiederholt, steckt hinter den Abstandsabfragen in 3D-Spielen.
Es ist einfach die Abstandsformel aus 2D-Spielen mit einem zusätzlichen Term für \(z\).
Die Position einer Drohne lässt sich durch drei Zahlen beschreiben: wie weit sie waagerecht entfernt ist (x und y) und wie hoch sie fliegt (z). Fliegt eine Drohne vom Piloten aus 60 m nach Osten und 80 m nach Norden in 50 m Höhe, ist die Luftlinie bis zu ihr \(\sqrt{60^2 + 80^2 + 50^2} = \sqrt{12.500} \approx 111{,}8\) m.
Mit diesem Abstand im Raum schätzt man ab, ob die Funkverbindung noch reicht und ob die Drohne noch in Sichtweite ist.
Im 3D-CAD werden Lagen wie Bohrungsmitten und Ecken eines Bauteils als Koordinaten im Raum angegeben. Den Abstand zweier Punkte, die schräg im Raum zueinander liegen und deren Abstand oft nicht in der Zeichnung steht, berechnen Sie aus den Koordinatendifferenzen mit der Formel dieser Seite. Zwei Punkte, die 30 mm seitlich, 40 mm in der Tiefe und 120 mm in der Höhe auseinanderliegen, sind zum Beispiel \(\sqrt{30^2 + 40^2 + 120^2} = 130\) mm voneinander entfernt.
In der Fertigung ist das eine alltägliche Rechnung, etwa um die Länge einer Strebe oder den kürzesten Weg für Rohre und Kabel abzuschätzen.
In der Chemie wird die Lage jedes Atoms in einem Molekül als Koordinaten im Raum gespeichert (auch Proteindatenbanken nutzen dieses Format). Kennt man die Koordinaten zweier Atome, ergibt sich ihr Abstand (eine Bindungslänge oder wie nah sich zwei Atome kommen) mit genau der Formel dieser Seite.
Das ist eine Grundrechnung der Wirkstoff- und Materialforschung, etwa wenn man prüft, ob ein möglicher Wirkstoff gut in sein Zielprotein passt.
Formeln und Zeichnungen
Symbole und Begriffe
Symbole
| \(d\) | d | Der Abstand der beiden Punkte im Raum, nach dem Anfangsbuchstaben von lateinisch „distantia“ (englisch „distance“). |
| \((x_1 \,|\, y_1 \,|\, z_1)\), \((x_2 \,|\, y_2 \,|\, z_2)\) | x eins, y eins, z eins | Die Koordinaten der beiden Punkte im Raum. \(x\) und \(y\) geben die Lage in einer waagerechten Ebene an, \(z\) die Höhe. Die kleine Zahl unten rechts (der Index) unterscheidet den ersten vom zweiten Punkt. |
| \(\Delta x\), \(\Delta y\), \(\Delta z\) | Delta x, Delta y, Delta z | Die Differenzen der Koordinaten. \(\Delta\) (Delta) ist ein griechischer Buchstabe für „Änderung“ oder „Differenz“: \(\Delta x = x_2 - x_1\), \(\Delta y = y_2 - y_1\) und \(\Delta z = z_2 - z_1\). |
| \(\ell\) | l | Das Zeichen, das diese Erklärung für die Länge der Diagonale der Grundfläche des Quaders verwendet. \(\ell^2 = \Delta x^2 + \Delta y^2\); es ist der Zwischenschritt, wenn man den Satz des Pythagoras zweimal anwendet. |
| \(\sqrt{\phantom{a}}\) | Wurzel (Wurzelzeichen) | Das Zeichen für die Quadratwurzel (die Zahl, die quadriert die Zahl unter der Wurzel ergibt). \(\sqrt{9} = 3\), weil 3² = 9. Auch in der Abstandsformel im Raum ziehen Sie die Wurzel nur einmal, ganz am Ende. |
Begriffe
| räumliches Koordinatensystem | Ein Koordinatensystem mit einer z-Achse für die Höhe zusätzlich zur x- und y-Achse. Die Lage eines Punktes wird durch drei Zahlen (x | y | z) angegeben – die Koordinaten der Ebene (2D) plus eine Koordinate für die Höhe. |
| Koordinaten | Zahlen, die die Lage eines Punktes angeben. Im Raum sind es drei, wie beim Punkt (2 | 3 | 3): 2 in x-Richtung, 3 in y-Richtung und 3 in z-Richtung (Höhe). |
| Strecke | Die gerade Verbindung zwischen zwei Punkten, die ihre Endpunkte sind. Der Abstand zweier Punkte ist die Länge dieser Strecke. |
| Satz des Pythagoras | Der Satz, dass in einem rechtwinkligen Dreieck die Summe der Quadrate der beiden Katheten gleich dem Quadrat der Hypotenuse ist. Die Abstandsformel im Raum wendet diesen Satz zweimal nacheinander an. Er wird meist in Klasse 8 oder 9 (13–15 Jahre) behandelt. |
| Raumdiagonale | Die Strecke, die zwei gegenüberliegende Ecken eines Quaders durch sein Inneres verbindet. Bei einem Quader mit Länge a, Breite b und Höhe c ist sie \(\sqrt{a^2 + b^2 + c^2}\) lang. Der Abstand zweier Punkte im Raum ist dieselbe Rechnung. |
| euklidischer Abstand | Der Fachbegriff für den geradlinigen Abstand zweier Punkte, den diese Seite berechnet. Nicht nur in 3D, sondern auch in Datenanalyse und KI misst man damit ganz grundlegend, wie nah Punkte beieinanderliegen. |
| Dimension | Wie viele Zahlen man braucht, um eine Lage anzugeben. Eine Gerade ist eindimensional (Zahlenstrahl), eine Ebene zweidimensional (x | y), der Raum dreidimensional (x | y | z). Mit jeder weiteren Dimension kommt unter der Wurzel nur ein Term hinzu; die Form der Abstandsformel bleibt gleich. |
Das sollten Sie vorher wissen
Damit Sie die Berechnung auf dieser Seite wirklich verstehen und nicht nur auf den Knopf drücken, hilft Ihnen das folgende Vorwissen.
Wenn Sie nicht weiterkommen, ist eine Wiederholung dieser Themen der schnellste Weg.
| Das Koordinatensystem (Klasse 5–6, 10–12 Jahre) |
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| Rechnen mit negativen Zahlen (Klasse 6–7, 11–13 Jahre) |
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| Quadratwurzeln (Klasse 8–9, 13–15 Jahre) |
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| Der Satz des Pythagoras (Klasse 8–9, 13–15 Jahre) |
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| Körper und räumliche Koordinaten (Mittelstufe und Oberstufe) |
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So berechnen Sie es in Excel
| x-Koordinate Punkt 1, x₁ | 1 |
| y-Koordinate Punkt 1, y₁ | 1 |
| z-Koordinate Punkt 1, z₁ | 1 |
| x-Koordinate Punkt 2, x₂ | 2 |
| y-Koordinate Punkt 2, y₂ | 3 |
| z-Koordinate Punkt 2, z₂ | 3 |
| Abstand der Punkte d | =WURZEL((B4-B1)^2+(B5-B2)^2+(B6-B3)^2) |
| x-Koordinate Punkt 1, x₁ | 0 |
| y-Koordinate Punkt 1, y₁ | 0 |
| z-Koordinate Punkt 1, z₁ | 0 |
| x-Koordinate Punkt 2, x₂ | 3 |
| y-Koordinate Punkt 2, y₂ | 4 |
| z-Koordinate Punkt 2, z₂ | 12 |
| x-Differenz Δx | =B4-B1 |
| y-Differenz Δy | =B5-B2 |
| z-Differenz Δz | =B6-B3 |
| Diagonale der Grundfläche ℓ=√(Δx²+Δy²) | =WURZEL(B7^2+B8^2) |
| Abstand der Punkte d=√(ℓ²+Δz²) | =WURZEL(B10^2+B9^2) |
„WURZEL(…)“ ist die Quadratwurzel, „^2“ heißt „zum Quadrat“.
Die erste Tabelle ergibt den Abstand 3. Die zweite Tabelle geht von Δx = 3, Δy = 4 und Δz = 12 aus, berechnet zuerst die Diagonale der Grundfläche ℓ = 5 und dann den Abstand d = 13. So sehen Sie auch die Zwischenwerte, wenn der Satz des Pythagoras zweimal angewendet wird.
So berechnen Sie es in Google Tabellen
| x-Koordinate Punkt 1, x₁ | 1 |
| y-Koordinate Punkt 1, y₁ | 1 |
| z-Koordinate Punkt 1, z₁ | 1 |
| x-Koordinate Punkt 2, x₂ | 2 |
| y-Koordinate Punkt 2, y₂ | 3 |
| z-Koordinate Punkt 2, z₂ | 3 |
| Abstand der Punkte d | =WURZEL((B4-B1)^2+(B5-B2)^2+(B6-B3)^2) |
| x-Koordinate Punkt 1, x₁ | 0 |
| y-Koordinate Punkt 1, y₁ | 0 |
| z-Koordinate Punkt 1, z₁ | 0 |
| x-Koordinate Punkt 2, x₂ | 3 |
| y-Koordinate Punkt 2, y₂ | 4 |
| z-Koordinate Punkt 2, z₂ | 12 |
| x-Differenz Δx | =B4-B1 |
| y-Differenz Δy | =B5-B2 |
| z-Differenz Δz | =B6-B3 |
| Diagonale der Grundfläche ℓ=√(Δx²+Δy²) | =WURZEL(B7^2+B8^2) |
| Abstand der Punkte d=√(ℓ²+Δz²) | =WURZEL(B10^2+B9^2) |
So berechnen Sie es in Python
import math
x1, y1, z1 = 1.0, 1.0, 1.0 # Koordinaten von Punkt 1
x2, y2, z2 = 2.0, 3.0, 3.0 # Koordinaten von Punkt 2
delta_x = x2 - x1 # Differenz der x-Werte
delta_y = y2 - y1 # Differenz der y-Werte
delta_z = z2 - z1 # Differenz der z-Werte
distance = math.sqrt(delta_x**2 + delta_y**2 + delta_z**2) # Abstand der Punkte
print(f"Differenz der x-Werte Δx: {delta_x}")
print(f"Differenz der y-Werte Δy: {delta_y}")
print(f"Differenz der z-Werte Δz: {delta_z}")
print(f"Abstand der Punkte d: {distance}")
# Dieselbe Rechnung geht mit math.dist in einer Zeile (ab Python 3.8)
print(f"Probe mit math.dist: {math.dist((x1, y1, z1), (x2, y2, z2))}")
So schreiben Sie die Formel in LaTeX und anderen Formelsprachen (zum Kopieren)
d = √((x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)² + (z₂ − z₁)²)
d = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2 + (z_2 - z_1)^2}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>d</mi>
<mo>=</mo>
<msqrt>
<mrow>
<msup>
<mrow><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>+</mo>
<msup>
<mrow><mo>(</mo><msub><mi>y</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>y</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>+</mo>
<msup>
<mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</msqrt>
</mrow>
</math>
d = sqrt((x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2 + (z_2 - z_1)^2)
Sqrt[(x2 - x1)^2 + (y2 - y1)^2 + (z2 - z1)^2]
d := sqrt((x2 - x1)^2 + (y2 - y1)^2 + (z2 - z1)^2);
d = sqrt((x2 - x1)^2 + (y2 - y1)^2 + (z2 - z1)^2);
d = √((x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2 + (z_2 - z_1)^2)
Δx² + Δy² + Δz² = d²
\Delta x^2 + \Delta y^2 + \Delta z^2 = d^2
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msup><mrow><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>x</mi></mrow><mn>2</mn></msup>
<mo>+</mo>
<msup><mrow><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>y</mi></mrow><mn>2</mn></msup>
<mo>+</mo>
<msup><mrow><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>z</mi></mrow><mn>2</mn></msup>
<mo>=</mo>
<msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup>
</mrow>
</math>
(Delta x)^2 + (Delta y)^2 + (Delta z)^2 = d^2
dx^2 + dy^2 + dz^2 == d^2
dx^2 + dy^2 + dz^2 = d^2;
dx^2 + dy^2 + dz^2 == d^2
Δx^2 + Δy^2 + Δz^2 = d^2
So lassen Sie ChatGPT rechnen
Sie sind ein Rechenassistent für Mathematik. Führen Sie die folgende Berechnung aus, indem Sie tatsächlich Python-Code ausführen, und stützen Sie Ihre Antwort nur auf die Zahlen aus dem Ausführungsergebnis (nicht im Kopf rechnen und nicht schätzen). Bestimmen Sie für die beiden Punkte P1(1 | 1 | 1) und P2(2 | 3 | 3) im Raum (räumliches Koordinatensystem): 1. den Abstand d der beiden Punkte (mit der Abstandsformel im Raum d = √((x2−x1)² + (y2−y1)² + (z2−z1)²)) 2. die Differenzen Δx, Δy und Δz Geben Sie die verwendeten Formeln und die Zahlen aus dem Ausführungsergebnis an.
Anleitung
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1Werte eingebenTragen Sie die Zahlen, mit denen Sie rechnen möchten, in die Eingabefelder ein
-
2BerechnenKlicken Sie auf die Schaltfläche „Berechnen“
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3Ergebnis ansehenDas Ergebnis erscheint sofort. Auf derselben Seite finden Sie auch den Rechenweg und die Erklärung der Formel
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