Determinanten 3. Ordnung. 1-E Ma 1 Lubov Vassilevskaya
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1 Determinanten 3. Ordnung 1-E Ma 1 Lubov Vassilevskaya
2 ) ( Determinanten 3. Ordnung a 11 x 1 + a 12 x 2 + a 13 x 3 c 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 + a 23 x 3 c 2 a 31 x 1 + a 32 x 2 + a 33 x 3 c 3 ( a11 a12 a13 a 21 a 22 a 23 a 31 a 32 a 33 ( x1 x 2 ) x 3 c1 c 2 c 3 ) A X C Dieses System besitzt nur dann genau eine Lösung, wenn det A von Null verschiedenen ist: det A a 11 a 12 a 13 a 21 a 22 a 23 0 a 31 a 32 a Ma 1 Lubov Vassilevskaya
3 Regel von Sarrus Die Regel von Sarrus ist ein Schema, mit dem die Determinante einer (3,3)- Matrix berechnet werden kann. Benannt ist diese Regel nach dem französischen Mathematiker Pierre Frédéric Sarrus ( ). a 1 1 a 1 2 a 1 3 det A a 2 1 a 2 2 a 2 3 a 1 1 a 2 2 a a 1 2 a 2 3 a a 1 3 a 2 1 a 3 2 a 3 1 a 3 2 a 3 3 a 1 3 a 2 2 a 3 1 a 1 1 a 2 3 a 3 2 a 1 2 a 2 1 a 3 3! Die Regel von Sarrus gilt nur für 3-reihige Determinanten. 1-2 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
4 Regel von Sarrus det A a 1 1 a 1 2 a 1 3 a 2 1 a 2 2 a 2 3 a 3 1 a 3 2 a 3 3 a 1 1 a 1 2 a 2 1 a 2 2 a 3 1 a Hauptdiagonalprodukte Nebendiagonalprodukte Die erste und die zweite Spalte der Determinante werden noch einmal rechts angeschrieben. Den Wert der Determinante berechnet man, indem man die drei Hauptdiagonalprodukte addiert (rot gekennzeichnet) und von dieser Summe die drei Nebendiagonalprodukte subtrahiert. 1-3 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
5 Regel von Sarrus: Aufgabe 1 Aufgabe 1: Berechnen Sie die Determinante der 3-reihigen Matrix M nach der Regel von Sarrus: a ) M ( ) 1 3 2, b ) M ( ) c ) M ( ), d ) M ( ) e ) M ( a b c d e f g h i ) 1-4 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
6 Regel von Sarrus: Lösung 1 a ) M ( ) 1 3 2, det M ( ) b ) M 0 3 2, det M c ) M ( ), det M 0 ( ) d ) M 2 2 0, det M e ) M ( a b c d e f g h i ), det M a e i + c d h + b f g c e g b d i a f h 1-5 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
7 Entwicklungssatz von Laplace Entwicklung einer Determinante 3. Ordnung nach der 1. Zeile: a 1 1 a 1 2 a 1 3 det A a 2 1 a 2 2 a 2 3 a 3 1 a 3 2 a 3 3 a 11 ( 1) 1+1 a 2 2 a 23 a 32 a 33 + a 12 ( 1)1+2 a 21 a 23 a 31 a 33 + a 13 ( 1)1+3 a 21 a 2 2 a 31 a 32 A 1 1 A 1 2 A 1 3 a 1 1 A a 1 2 A a 1 3 A D k 1 3 D i 1 a i k A i k a i k A i k Entwicklung nach der i-ten Zeile (i 1, 2, 3) Entwicklung nach der k-ten Spalte (k 1, 2, 3) A i k ( 1) i + k U i k Algebraisches Komplement von in D U i k 2-1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya a i k 2-reihige Unterdeterminante von D (in D wird i-te Zeile und k-te Spalte gestrichen).
8 Algebraisches Komplement oder Adjunkte Die Größe A i k ( 1) i + k U i k heißt algebraisches Komplement oder Adjunkte des Elementes a i k in der Determinante D. Der Vorzeichenfaktor ( 1) i +k kann nach der Schachbrettregel bestimmt werden Schachbrettregel: Das Vorzeichen von Zeile mit k-ten Spalte. A i k steht im Schnittpunkt der i-ten 2-2 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
9 Entwicklungssatz von Laplace Entwicklung einer Determinante 3. Ordnung nach der 1. Zeile: a 1 1 a 1 2 a 1 3 det A a 2 1 a 2 2 a 2 3 a 3 1 a 3 2 a 3 3 a 11 ( 1) 1+1 a 22 a 23 a 32 a 33 + a 1 2 ( 1)1+2 a 21 a 23 a 31 a 33 + a 13 ( 1)1+3 a 21 a 22 a 31 a 32 U 1 1 U 1 2 U 1 3 a 1 1 U 1 1 a 1 2 U a 1 3 U D k 1 ( 1) i + k a i k U i k Entwicklung nach der i-ten Zeile 3 D i 1 ( 1) i + k a i k U i k Entwicklung nach der k-ten Spalte U i k 2-reihige Unterdeterminante von D 2-3 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
10 Algebraisches Komplemen, Unterdeterminante: Beispiel 1 Gegeben ist die 3-reihige Determinante D. Berechnen Sie die Unterdeterminanten D 12, D 33 und die zugehörigen algebraischen Komplemente D Die Unterdeterminante mit den Indices 1 2 bekommt man durch Streichen der 1. Zeile und 2. Spalte: D , A 12 ( 1)1+2 D 12 ( 1) ( 4) 4 Die Unterdeterminante mit den Indices 3 3 bekommt man durch Streichen der 1. Zeile und 2. Spalte: D , A 33 ( 1)3+3 D Ma 1 Lubov Vassilevskaya
11 Determinanten 3. Ordnung: Aufgaben 2-4 Aufgabe 2: Berechnen Sie folgende Determinanten D , D , D Aufgabe 3: Berechnen Sie folgende Determinante durch Entwicklung nach der 1. Zeile mit Hilfe des Entwicklungssatzes von Laplace D Aufgabe 4: Berechnen Sie folgende Determinanten D , D , D A1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
12 Determinanten 3. Ordnung: Aufgaben 5, 6 Aufgabe 5: Für welche Werte des Parameters nehmen diese Determinanten den Wert Null an? D , D D , D Aufgabe 6: Berechnen Sie die folgenden Determinanten. Für welche Werte des Parameters t nehmen diese Determinanten den Wert Null an? D t 1 D 1 4 t 2 1, D t 0 0 t t 1 t t 1 2 t 0 2 t 1 2 t 0 2 t t t 1 0 t 3, D 1 5 t 0 t 3-A2 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
13 Determinanten 3. Ordnung: Lösungen 2, 3 Lösung 2: D Spalten 1 und 2 sind zueinander proportional D D Lösung 3: D Ma 1 Lubov Vassilevskaya
14 Determinanten 3. Ordnung: Lösung 4 Die Determinante einer unteren (3, 3)-Dreiecksmatrix, ist gleich dem Produkt der Hauptdiagonalelemente D Die Determinante einer oberen (3, 3)-Dreiecksmatrix, ist gleich dem Produkt der Hauptdiagonalelemente D D Ma 1 Lubov Vassilevskaya
15 Determinante 3. Ordnung: Lösung 5 1. Wir verwenden die Regel von Sarrus zur Berechnung der Determinante: D Die Determinante wird gleich Null gesetzt. Es entsteht eine Gleichung zur Bestimmung des Parameters: D det D 9 6, det D 9 0, 6 det D α, det D 10 0, α 11 4 det D 11 α α + 1, det D 11 0 : α 1 1 2, α Ma 1 Lubov Vassilevskaya
16 Determinante 3. Ordnung: Lösung 6 D t 1 0 t t 2 t 2 t t (2 t + 1), t 1 1 2, t 2 0 D 13 t t t 1 4 t t 4 4 ( t 2 + t 1) t 2 + t 1 0, ( t 1 2) Für keinen reellen Wert des Parameters t nimmt diese Determinante den Wert Null an. D 14 1 t t 1 2 t 0 t 3 2 t t + 6, t 1, (3 ± 57 ) D 15 t 0 t 2 t 0 2 t t t 1 4 t 3, t Ma 1 Lubov Vassilevskaya
17 Vandermonde-Determinante: Aufgabe 7 Unter einer Vandermonde-Matrix versteht man eine Matrix, die folgende Form hat: ( 2 3 n 1 1 x1 x1 x 1... x x 2 x 2 x 2... x 2 ) n 1 V ( x 1, x 2, x 3,..., x n ) 2 3 n 1 1 x 3 x 3 x 3... x n 1 1 x n x n x n... x n ( x 1, x 2,..., x n ) n-tupel reeller Zahlen. Die Matrix wurde nach dem französischer Musiker, Mathematiker und Chemiker Alexandre-Théophile Vandermonde ( ) benannt. Die Determinante wird auch Vandermonde-Determinante genannt. Aufgabe 7: Berechnen Sie folgende Vandermonde-Determinante: 1 a a 2 V 1 1 b b 2 1 c c 2 3-5a Ma 1 Lubov Vassilevskaya
18 Vandermonde-Determinante: Lösung 7 V 1 1 a a 2 1 b b 2 1 c c a a 0 b a b 2 a 2 0 c a c 2 a a a 0 b a (b a) (b+ a) 0 c a (c a)(c+ a) 2Z 1Z, 3Z 1Z 1 a a (b a) (c a) b+ a 0 1 c+ a 2 1 a a (b a) (c 0 1 b+ a a) 0 0 c b 3Z 2Z (b a)(c a)(c b) 3-5b Ma 1 Lubov Vassilevskaya
19 Determinante 3. Ordnung: Aufgabe 8 Berechnen Sie die folgenden Determinanten a ) D a , b ) D b a Ma 1 Lubov Vassilevskaya
20 Determinante 3. Ordnung: Lösung 8 a ) D a Z 1Z, 3Z 1Z b ) D b Z 1Z, 3Z 2Z b Ma 1 Lubov Vassilevskaya
21 3-5 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
5.1 Determinanten der Ordnung 2 und 3. a 11 a 12 a 21 a 22. det(a) =a 11 a 22 a 12 a 21. a 11 a 21
5. Determinanten 5.1 Determinanten der Ordnung 2 und 3 Als Determinante der zweireihigen Matrix A = a 11 a 12 bezeichnet man die Zahl =a 11 a 22 a 12 a 21. Man verwendet auch die Bezeichnung = A = a 11
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