Zu Aufgabe 1: Bringen Sie die nachstehenden Gleichungssysteme in die Form A x
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- Ingelore Beutel
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1 Mthemtik I Lösungen zu Übung ( Lösung von GS, Lösbrkeitsbedingungen, Gußscher lg.,cr Prof.Dr.B.Grbowski u ufgbe : Bringen Sie die nchstehenden Gleichungssysteme in die Form c und untersuchen Sie ihr Lösungsverhlten und geben Sie ggf. die Lösungsmenge n! b c u Mittels Gus schem lgorithmus digonlisieren wir ds GS: ( c Rg( Rg Ds System ist nicht lösbr. * * * * * ( c ( c (chtung : Es ist hier b c* Hier ist Rg(* Rg(* b * Ds GS ist nicht lösbr! Lösungsmenge: L Φ
2 Mthemtik I Lösungen zu Übung ( Lösung von GS, Lösbrkeitsbedingungen, Gußscher lg.,cr Prof.Dr.B.Grbowski u b... Mittels Gus schem lgorithmus digonlisieren wir ds GS (Bemerkung: die rechte Seite c können wir bei der Mtri ( b weglssen, lso nur betrchten, d diese Splte b immer gleich bleibt, egl, welche Opertion des Gusschen lgorithmus wir nwenden Hier ist Rg (* Rg(* b * < n, wobei n die nzhl der Unbeknnten ist. Ds GS ht unendlich viele Lösungen. Die Dimension des Lösungsrumes ( Lösungsmenge ist dn - Rg(* ( nzhl der frei wählbren Unbeknnten Ist es ein homogenes GS (b, so ist der Lösungsrum ein Vektorrum der Dimension d. Ist ds GS ein inhomogenes GS ( b, so ist der Lösungsrum ein ffiner Rum der Dimension d. Ds GS ht die Digonlgestlt: Wir hben Gleichungen und Unbeknnte, d.h., eine Unbeknnte, wir wählen, können wir beliebig wählen. nschließend lösen wir die beiden Gleichungen von unten nch oben nch und uf. Wir erhlten:. D.h., die Lösungsmenge des GS ist folgender Vektorrum der Dimension :
3 Mthemtik I Lösungen zu Übung ( Lösung von GS, Lösbrkeitsbedingungen, Gußscher lg.,cr Prof.Dr.B.Grbowski L {, R } u c Mittels Gus schem lgorithmus digonlisieren wir ds GS: ( c rg( rg( b <. D.h. ds GS ht unendlich viele Lösungen. Der Lösungsrum ist ein ffiner Rum der Dimension d n rg( -, lso eine Gerde. Berechnung der Lösungsmenge: us der digonlisierten Mtri ergibt sich folgende Digonlgestlt des GS: Wir hben Gleichungen und Unbeknnte, d.h., eine Unbeknnte, wir wählen, können wir beliebig wählen. nschließend lösen wir die beiden Gleichungen von unten nch oben nch und uf. Wir erhlten:. Die Lösungsmenge ist lso: R L,
4 Mthemtik I Lösungen zu Übung ( Lösung von GS, Lösbrkeitsbedingungen, Gußscher lg.,cr Prof.Dr.B.Grbowski d (ls Ergänzung nun noch die folgende ufgbe, - wr nicht uf dem Übungsbltt Mittels Gus schem lgorithmus digonlisieren wir ds GS: 5 ( c rg(* rg(. D.h. ist regulär und folglich ht ds GS genu eine Lösung! Hier ist Rg (* Rg(* b * n, wobei n die nzhl der Unbeknnten ist. Ds GS ht genu eine Lösung! Ds GS ht die Digonlgestlt: Ds können wir eindeutig von unten nch oben uflösen und erhlten die Lösungen: - D.h. L u ufgbe : Lösen Sie die folgenden Gleichungssysteme mit Hilfe des Guß schen lgorithmus!
5 Mthemtik I Lösungen zu Übung ( Lösung von GS, Lösbrkeitsbedingungen, Gußscher lg.,cr Prof.Dr.B.Grbowski 5 6 b Lösung: u 5 ( c eilen vertuschen: und. vertuschen und hlbieren :
6 Mthemtik I Lösungen zu Übung ( Lösung von GS, Lösbrkeitsbedingungen, Gußscher lg.,cr Prof.Dr.B.Grbowski u b ( c ( * c * u ufgbe : Für welche Werte von t bildet die Lösungsmenge des Gleichungssystems t 5 5 eine Gerde? Wie lutet in diesem Fll die Lösung des Gleichungssystems? Lösung: Ds Gleichungssystem ist äquivlent mit folgender Mtri t 5 t Vertuschen der Splten, s.d. in der Reihenfolge S,S,S Guss ' - ' 6
7 Mthemtik I Lösungen zu Übung ( Lösung von GS, Lösbrkeitsbedingungen, Gußscher lg.,cr Prof.Dr.B.Grbowski. t t t 6 ' ' ' '. t t 6 t Ist n nzhl der Unbeknnten, dnn gilt: dim(lösungsrum n - rg(. Der Lösungsrum soll eine Gerde sein, d.h., die Dimension des Lösungsrumes muss sein. D n folgt us - rg( dss rg rg( b sein muss. Deshlb muss in der obigen Dreiecksmtri 6-t sein. D.h., es ist 6 t t Die Lösungsmenge des zugehörigen homogenen Systems ht lso die Dimension für t. Berechnen der Lösung des Gleichungs-Systems: Einsetzen von t (in obige Mtri: ( Die Lösungsmenge unseres inhomogenen Gleichungssystems ist lso für t: 5 L R, R u ufgbe : Für welche R ist dieses GS
8 Mthemtik I Lösungen zu Übung ( Lösung von GS, Lösbrkeitsbedingungen, Gußscher lg.,cr Prof.Dr.B.Grbowski eindeutig b mehrdeutig c nicht lösbr? d Geben Sie im Flle der eindeutigen Lösbrkeit die Lösung n! Lösung: Gusscher lgorithmus: Vertuschen Guss dersplten Lösbrkeitsbedingungen: u eindeutig, flls rg( rg( b, lso flls det(. Dzu müssen lle Digonlelemente der Mtri sein. D.h., eindeutig lösbr Die Lösung der Gleichung - - ergibt:, ± ± D.h., ds GS ist eindeutig lösbr, flls gilt: 5 5 u b Mehrdeutig lösbr, flls rg( rg( b <. Ds ist der Fll, wenn gilt:. Dh. ds GS ist mehrdeutig lösbr, flls gilt: u c Ds GS ist nicht lösbr, flls gilt: rg( rg( b. Ds ist der Fll, wenn gilt: D.h., ds GS ist nicht lösbr, flls gilt:
9 Mthemtik I Lösungen zu Übung ( Lösung von GS, Lösbrkeitsbedingungen, Gußscher lg.,cr Prof.Dr.B.Grbowski 9 u d Die Lösung des GS im Fll der eindeutigen Lösbrkeit berechnen wir z.b. mittels Crmerscher Regel: mit det(, det(, det(, det( Die Lösungen lssen sich leicht mittels Sruss scher Regel berechnen. Wir erhlten: det( ( -(- und, ( (, ( (
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