Musterlösung zum 6. Aufgabenblatt Mathematik I (GST1100) WS 2017/2018

Ähnliche Dokumente
A2.3 Lineare Gleichungssysteme

Corinne Schenka Vorkurs Mathematik WiSe 2012/13

Kommentiertes Beispiel für das Gaußsche Eliminationsverfahren

2. Spezielle anwendungsrelevante Funktionen

Lösungen zum 5. Aufgabenblatt

Matrizen, Determinanten, lineare Gleichungssysteme

1 Zahlentheorie. 1.1 Kongruenzen

Lineare Gleichungssysteme

Mathematik für Naturwissenschaftler I WS 2009/2010

Mathematik II für Studierende der Informatik. Wirtschaftsinformatik (Analysis und lineare Algebra) im Sommersemester 2015

6. Übungsblatt zur Mathematik I für Maschinenbau

Allgemeines Gleichungssystem mit zwei Gleichungen und zwei Variablen. Der erste Index bezeichnet die Nummer der Zeile, der zweite die der Spalte.

Aufgaben zu Kapitel 14

Vorbereitungskurs Mathematik zum Sommersemester 2011 Tag 7

Lineare Gleichungssysteme

Kurs über Lineare Gleichungssysteme. PD Dr. Karin Halupczok

Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Lineare Algebra: Lineare Gleichungssysteme und Matrizen

4. Vektorräume und Gleichungssysteme

Gleichungssysteme mit zwei Variablen

LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME. Wir besprechen hier, wie MathematikerInnen an das Lösen linearer Gleichungssysteme wie. x + y + z = 1

1.2 Gauß-Algorithmus zum Lösen linearer Gleichungssysteme

Mathematik 1, Teil B. Inhalt:

Lineare Gleichungssysteme

Mathematik Modul 3 -Arbeitsblatt A 3-7: LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME MIT ZWEI VARIABLEN

Wiederholung von Äquivalenzumformungen (Lösen linearer Gleichungen): Wiederholung von Äquivalenzumformungen (Lösen von Ungleichungen):

37 Gauß-Algorithmus und lineare Gleichungssysteme

Länge eines Vektors und Abstand von zwei Punkten 2. 4 = 6. Skalarprodukt und Winkel zwischen Vektoren

12 Lineare Gleichungssysteme

Matrizen und Determinanten

( ) Lineare Gleichungssysteme

Mathematik II für Studierende der Informatik. Wirtschaftsinformatik (Analysis und lineare Algebra) im Sommersemester 2016

Prof. Dr. G. Wagner Ingenieurmathematik Begleittext Seite 1

Musterlösungen Lehrbrief 01 Technik (Mathematische Grundlagen) Seite 1 von 7

Analytische Geometrie mit dem Voyage 1

Kapitel 2: Matrizen. 2.1 Matrizen 2.2 Determinanten 2.3 Inverse 2.4 Lineare Gleichungssysteme 2.5 Eigenwerte 2.6 Diagonalisierung

3.4 Der Gaußsche Algorithmus

Lineare Gleichungssysteme (Teschl/Teschl 11.1)

Gleichungen und Ungleichungen

Elemente der Analysis II

Brückenkurs Mathematik

Technische Universität München Zentrum Mathematik. Übungsblatt 7

3.6 Eigenwerte und Eigenvektoren

22. Netzwerke II. 4. Maschenstromanalyse 5. Knotenpotentialanalyse

Übungen zum Ferienkurs Lineare Algebra WS 14/15

Reelle Zahlen (R)

Lineare Algebra I (WS 13/14)

Lineare Gleichungssysteme

Termumformungen (ohne binomische Formeln)

Basistext Lineare Gleichungssysteme. Eine lineare Gleichung mit einer Unbekannten hat die allgemeine Form! #=%

9.2 Invertierbare Matrizen

Beispiele 1. Gegeben sei das lineare Gleichungssystem mit erweiterter Matrix (A

GLEICHUNGEN MIT PARAMETERN

J Quadratwurzeln Reelle Zahlen

Gruber I Neumann. Erfolg in VERA-8. Vergleichsarbeit Mathematik Klasse 8 Gymnasium

Mathematik für Wirtschaftswissenschaftler im WS 2013/14 Lösungen zu den Übungsaufgaben (Vortragsübung) Blatt 7

Umstellen und Lösen von Gleichungen

Proseminar Einführung in die Mathematik 1 WS 2010/11 2. Dezember 2010 Lösungen

Wurzelgleichungen. 1.1 Was ist eine Wurzelgleichung? 1.2 Lösen einer Wurzelgleichung. 1.3 Zuerst die Wurzel isolieren

Lineare Funktionen Geraden zeichnen Lage von Geraden Geradengleichung aufstellen

Lineare Algebra II 6. Übungsblatt

Lineare Algebra. I. Vektorräume. U. Stammbach. Professor an der ETH-Zürich

1 0 1, V 3 = M, und λ A = λa

Analytische Geometrie

Lineare Gleichungssysteme - Grundlagen

Die Gleichung A x = a hat für A 0 die eindeutig bestimmte Lösung. Für A=0 und a 0 existiert keine Lösung.

Brückenkurs Elementarmathematik

SS 2016 Torsten Schreiber

Basiswissen Analytische Geometrie

1 Geometrie - Lösungen von linearen Gleichungen

7 Lineare Gleichungssysteme

Anleitung zu Blatt 4 Differentialgleichungen I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Definition, Rechenoperationen, Lineares Gleichungssystem

Lineare Gleichungssysteme

12 Lineare Gleichungssysteme

Analytische Geometrie I

Studiengänge) Beispiele

Lineare Algebra I Klausur. Klausur - Musterlösung

V 2 B, C, D Drinks. Möglicher Lösungsweg a) Gleichungssystem: 300x y = x + 500y = 597,5 2x3 Matrix: Energydrink 0,7 Mineralwasser 0,775,

Versuche nun das folgende Beispiel mit der Gleichsetzungsmethode zu lösen: I: v + u = 5

Inverse Matrix. 1-E Ma 1 Lubov Vassilevskaya

6 Bestimmung linearer Funktionen

Lösung 10 Punkte Teil a) Auch bei Fortsetzung der Folge der Quadratzahlen liefert die zweite Differenzenfolge

Lineare Gleichungssysteme

Zahlen und elementares Rechnen

2 ZAHLEN UND VARIABLE

Wie werden die Vorlesungen/Übungen organisiert?

Vokabelliste FB Mathematik Vokabeln 7./8. Klasse // Vokabeln 9./10. Klasse // Vokabeln Sek II. Mengenbegriffe:

Vektorgeometrie. Inhaltsverzeichnis. Fragen und Antworten. (bitte nur für den Eigengebrauch verwenden)

Mathematik Lineare Gleichungssysteme Grundwissen und Übungen

WURZEL Werkstatt Mathematik Polynome Grundlagen

1. Funktionen. 1.3 Steigung von Funktionsgraphen

Funktionen in der Mathematik

Es wurde in der Vorlesung gezeigt, daß man die Matrixgleichung Ax=b auch in der Form

Basistext: Gleichungen lösen

Grundwissen Mathematik

Lineare Abbildungen und Gleichungssysteme


Lösung zur Übung für Analysis einer Variablen WS 2016/17

Wirtschaftsmathematik für International Management (BA) und Betriebswirtschaft (BA)

Transkript:

Musterlösung zum 6. Aufgabenblatt Mathematik I (GST1100) WS 017/018 1. Zuerst werden innerhalb jeder Gleichung mehrfach vorkommende Variablen zusammengefasst und auf die linke Seite gebracht sowie alle Konstanten zusammengefasst und auf die rechte Seite gebracht: x 1 + x = x 1 + x x = 16 x 1 x + x = 1 x 1 + x = 0 x + x x = 7 Dann wird die erweiterte Koeffizientenmatrix aufgestellt: x 1 x x x x R 0 1 1 1 16 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 7. (a) Die erweiterte Koeffizientenmatrix hat eine durchgehende Stufenform. Das zugehörige LGS hat also genau eine Lösung. Diese Lösung findet man schrittweise, indem man beginnend mit der rechtesten Variablen die entsprechenden Gleichungen aus der erweiterten Koeffizientenmatrix betrachtet: Die dritte Zeile liefert die Gleichung x = 6, woraus sich durch Umstellen x = ergibt. Die zweite Zeile liefert die Gleichung x =, woraus sich durch Umstellen x = ergibt. Die erste Zeile liefert die Gleichung x 1 + =, woraus sich durch Umstellen x 1 = 0 ergibt. Als Lösungsmenge erhalten wir also L = {(0,, )}. (b) Die erweiterte Koeffizientenmatrix enthält eine offensichtlich nicht erfüllbare Zeile. Die Lösungsmenge ist also leer, d.h. L =. (c) Die erweiterte Koeffizientenmatrix hat eine abbrechende Stufenform. Das zugehörige LGS hat also eine unendliche Lösungsmenge. Da k = 1 Stufe fehlt, wird die Lösungsmenge durch einen reellwertigen Paramenter beschrieben. Die Beschreibung der Lösungsmenge findet man wieder schrittweise, beginnend mit der rechtesten Variablen: Die Variable x kann eine beliebige reelle Zahl t annehmen. Die dritte Zeile liefert dann die Gleichung x =, woraus sich x = ergibt. Die zweite Zeile liefert die Gleichung x + t = 1, woraus sich durch Umstellen x = 1 1 t ergibt. Die erste Zeile liefert die Gleichung x 1 t =, woraus sich durch Umstellen x 1 = + 1 t ergibt.

Als Lösungsmenge erhalten wir also L = {(x 1, x, x, x ) R : es existiert ein t R mit (x 1 = + 1 t x = 1 1 t x = x = t)}.. (a) In der gegebenen erweiterten Koeffizientenmatrix addieren wir die mit multiplizierte erste Zeile zur zweiten Zeile, die mit multiplizierte erste Zeile zur dritten Zeile und die mit multiplizierte erste Zeile zur vierten Zeile. x 1 x x R 1 0 0 1 1 7 0 8 8 0 8 8 die mit multiplizierte zweite Zeile zur dritten Zeile und die mit multiplizierte zweite Zeile zur vierten Zeile. x 1 x x R 1 0 0 1 1 7 10 10 die mit 1 multiplizierte dritte Zeile zur vierten Zeile. x 1 x x R 1 0 0 1 1 7 10 Diese erweiterte Koeffizientenmatrix hat eine durchgehende Stufenform und somit eine eindeutige Lösung, die wir schrittweise bestimmen: x = 10, also x = 1x + = 7, also x = 8 x 1 + 9 8 =, also x 1 = 7 8 Als Lösungsmenge erhalten wir also L = {( 7 8, 8, )}. (b) In der gegebenen erweiterten Koeffizientenmatrix addieren wir die mit 1 multiplizierte erste Zeile zur zweiten Zeile, die mit 1 multiplizierte erste Zeile zur dritten Zeile und

die mit 1 multiplizierte erste Zeile zur vierten Zeile. x 1 x x x R 1 0 1 6 0 1 7 0 7 1 1 0 1 6 die mit multiplizierte zweite Zeile zur dritten Zeile und die mit multiplizierte zweite Zeile zur vierten Zeile. x 1 x x x R 1 0 1 6 0 1 7 7 9 7 9 7 die mit 1 multiplizierte dritte Zeile zur vierten Zeile. x 1 x x x R 1 0 1 6 0 1 7 7 9 7 0 Diese erweiterte Koeffizientenmatrix hat eine abbrechende Stufenform. Es fehlt k = 1 Stufe. Die Beschreibung der Lösungsmenge bestimmen wir wieder schrittweise, beginnend mit der rechtesten Variablen: x = t für ein beliebiges t R x + 9t = 7, also x = 9 t 7 1 x 9 t + 7 + 7 t, also x = 9 1 t x 1 + 9 1 t t = 6, also x 1 = t 17 Als Lösungsmenge erhalten wir also L = {(x 1, x, x, x ) R : es existiert ein t R mit (x 1 = t 17 x = 9 1 t x = 9 t 7 x = t)}.. Man kann dadurch Rechenaufwand sparen, dass man das Gaußsche Eliminationsverfahren auf die Koeffizientenmatrix in der üblichen Weise anwendet, dabei aber beide rechten Seiten simultan mitführt. Wir gehen also von folgender erweiterter Koeffizientenmatrix mit zwei rechten Seiten aus:

x 1 x x x R 1 R 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 7 Diese erweiterte Koeffizientenmatrix wird dann wie gehabt schrittweise äquivalent umgeformt, mit dem Ziel sie in eine Stufenform zu bringen, wobei beide rechten Seiten simultan mit umgeformt werden: x 1 x x x R 1 R 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 x 1 x x x R 1 R 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 x 1 x x x R 1 R 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 Nachdem die Koeffizientenmatrix in Stufenform (hier sogar durchgehend) gebracht wurde, kann man die Lösungsmengen für beide LGS bestimmen.. Wir führen zuerst die folgenden Ersetzungen durch: x 1 = e x, x = y und x = z Damit erhalten wir aus dem gegebenen Gleichungsystem ein LGS mit folgender erweiterter Koeffizientenmatrix: x 1 x x R 0 1 1 Dieses LGS hat als eindeutige Lösung (z.b. bestimmt mit dem Gaußschen Eliminationsverfahren): x 1 = 8 16, x = 7 16, x = 8 Nun machen wir die Ersetzungen wieder rückgängig und erhalten: 8 16 = ex, also x = ln( 8 16 ) 7 16 = y, also y 1 = 7 und y = 7 8 = z

Die Lösungsmenge des gegebenen Gleichungsystems ist also {(ln( 8 7 16 ),, 7 ), (ln(8 8 16 ),, 8 )}. 6. Wir führen für das gegebene LGS das Gaußsche Eliminationsverfahren durch. Dazu addieren wie in der gegebenen erweiterten Koeffizientenmatrix die mit 1 multiplizierte erste Zeile zur zweiten Zeile und die mit multiplizierte erste Zeile zur dritten Zeile. Damit ergibt sich die folgende äquivalente erweiterte Koeffizientenmatrix: x 1 x x R 1 a 0 0 ( a) 0 8a (a + 8) 0 Um die weitere Rechnung möglichst einfach zu halten, tauschen wir zunächst die zweite und die dritte Spalte: x 1 x x R 1 a 0 0 ( a) 0 (a + 8) 8a 0 die mit 1 (a+8) multiplizierte zweite Zeile zur dritten Zeile (Achtung: Das geht nur für a 8!) und erhalten: x 1 x x R 1 a 0 0 (1 a) (8 + a a ) (a + 8) Das Lösungsverhalten des LGS hängt nun davon ab, ob der Eintrag (8 + a a ) ungleich 0 ist oder nicht. Wir bestimmen daher die beiden Lösungen der Gleichung 8 + a a = 0: a 1 = 1 + und a = 1 Für diese beiden Werte von a ist die dritte Zeile also eine offensichtlich nicht erfüllbare Zeile und das LGS hat keine Lösung. Für a R \ { 8, 1+, 1 } erhalten wir dagegen eine durchgehende Stufenform, aus der wir die eindeutige Lösung schrittweise ablesen können: x = a + 8 8 + a a 8a x = 8 + a a x 1 = a 8 + a a

Es bleibt noch der Wert a = 8 zu untersuchen, den wir oben ausschließen mussten. Für diesen Wert ergibt sich folgende erweiterte Koeffizientenmatrix: x 1 x x R 1 16 0 0 18 6 0 Daraus können wir die eindeutige Lösung für a = 8 ablesen: x = 0 = a + 8 8 + a a 8a x = 1 = 8 + a a x 1 = = a 8 + a a Für diese Lösung gelten also auch die oben gewonnenen Formeln. Fassen wir zusammen: Für a { 1+, 1 } hat das LGS keine Lösung. Für a R \ { 1+, 1 } hat das LGS die eindeutige Lösung x 1 = a 8 + a a, x = a + 8 8 + a a und 8a x = 8 + a a.