Algebra Beispiele

Eine Orthonormalbasis mit Hilfe des Gram-Schmidt-Verfahrens ermitteln
S={(1,1,1),(0,1,1)}S={(1,1,1),(0,1,1)}
Schritt 1
Vergebe einen Namen für jeden Vektor.
u⃗1=(1,1,1)u⃗1=(1,1,1)
u⃗2=(0,1,1)u⃗2=(0,1,1)
Schritt 2
Der erste orthogonale Vektor ist der erste Vektor in der gegebenen Menge von Vektoren.
v⃗1=u⃗1=(1,1,1)v⃗1=u⃗1=(1,1,1)
Schritt 3
Verwende die Formel, um die anderen orthogonalen Vektoren zu ermitteln.
v⃗k=u⃗k-k-1i=1projv⃗i(u⃗k)v⃗k=u⃗kk1i=1projv⃗i(u⃗k)
Schritt 4
Ermittle den orthogonalen Vektor v⃗2v⃗2.
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Schritt 4.1
Verwende die Formel, um v⃗2v⃗2 zu ermitteln.
v⃗2=u⃗2-projv⃗1(u⃗2)v⃗2=u⃗2projv⃗1(u⃗2)
Schritt 4.2
Ersetze u⃗2u⃗2 durch (0,1,1)(0,1,1).
v⃗2=(0,1,1)-projv⃗1(u⃗2)v⃗2=(0,1,1)projv⃗1(u⃗2)
Schritt 4.3
Ermittle projv⃗1(u⃗2)projv⃗1(u⃗2).
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Schritt 4.3.1
Berechne das Skalarprodukt.
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Schritt 4.3.1.1
Das Skalarprodukt zweier Vektoren ist die Summe der Produkte ihrer Komponenten.
u⃗2v⃗1=01+11+11u⃗2v⃗1=01+11+11
Schritt 4.3.1.2
Vereinfache.
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Schritt 4.3.1.2.1
Vereinfache jeden Term.
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Schritt 4.3.1.2.1.1
Mutltipliziere 00 mit 11.
u⃗2v⃗1=0+11+11u⃗2v⃗1=0+11+11
Schritt 4.3.1.2.1.2
Mutltipliziere 11 mit 11.
u⃗2v⃗1=0+1+11u⃗2v⃗1=0+1+11
Schritt 4.3.1.2.1.3
Mutltipliziere 11 mit 11.
u⃗2v⃗1=0+1+1u⃗2v⃗1=0+1+1
u⃗2v⃗1=0+1+1u⃗2v⃗1=0+1+1
Schritt 4.3.1.2.2
Addiere 00 und 11.
u⃗2v⃗1=1+1u⃗2v⃗1=1+1
Schritt 4.3.1.2.3
Addiere 11 und 11.
u⃗2v⃗1=2u⃗2v⃗1=2
u⃗2v⃗1=2u⃗2v⃗1=2
u⃗2v⃗1=2u⃗2v⃗1=2
Schritt 4.3.2
Ermittle die Norm von v⃗1=(1,1,1)v⃗1=(1,1,1).
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Schritt 4.3.2.1
Die Norm ist die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate aller Elemente im Vektor.
||v⃗1||=12+12+12||v⃗1||=12+12+12
Schritt 4.3.2.2
Vereinfache.
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Schritt 4.3.2.2.1
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
||v⃗1||=1+12+12||v⃗1||=1+12+12
Schritt 4.3.2.2.2
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
||v⃗1||=1+1+12||v⃗1||=1+1+12
Schritt 4.3.2.2.3
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
||v⃗1||=1+1+1||v⃗1||=1+1+1
Schritt 4.3.2.2.4
Addiere 11 und 11.
||v⃗1||=2+1||v⃗1||=2+1
Schritt 4.3.2.2.5
Addiere 22 und 11.
||v⃗1||=3||v⃗1||=3
||v⃗1||=3||v⃗1||=3
||v⃗1||=3||v⃗1||=3
Schritt 4.3.3
Ermittle die Projektion von u⃗2u⃗2 auf v⃗1v⃗1 mit Hilfe der Projektionsformel.
projv⃗1(u⃗2)=u⃗2v⃗1||v⃗1||2×v⃗1projv⃗1(u⃗2)=u⃗2v⃗1||v⃗1||2×v⃗1
Schritt 4.3.4
Ersetze u⃗2v⃗1u⃗2v⃗1 durch 22.
projv⃗1(u⃗2)=2||v⃗1||2×v⃗1projv⃗1(u⃗2)=2||v⃗1||2×v⃗1
Schritt 4.3.5
Ersetze ||v⃗1||||v⃗1|| durch 33.
projv⃗1(u⃗2)=232×v⃗1projv⃗1(u⃗2)=232×v⃗1
Schritt 4.3.6
Ersetze v⃗1v⃗1 durch (1,1,1)(1,1,1).
projv⃗1(u⃗2)=232×(1,1,1)projv⃗1(u⃗2)=232×(1,1,1)
Schritt 4.3.7
Vereinfache die rechte Seite.
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Schritt 4.3.7.1
Schreibe 3232 als 33 um.
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Schritt 4.3.7.1.1
Benutze nax=axnnax=axn, um 33 als 312312 neu zu schreiben.
projv⃗1(u⃗2)=2(312)2×(1,1,1)projv⃗1(u⃗2)=2(312)2×(1,1,1)
Schritt 4.3.7.1.2
Wende die Potenzregel an und multipliziere die Exponenten, (am)n=amn(am)n=amn.
projv⃗1(u⃗2)=23122×(1,1,1)projv⃗1(u⃗2)=23122×(1,1,1)
Schritt 4.3.7.1.3
Kombiniere 1212 und 22.
projv⃗1(u⃗2)=2322×(1,1,1)projv⃗1(u⃗2)=2322×(1,1,1)
Schritt 4.3.7.1.4
Kürze den gemeinsamen Faktor von 22.
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Schritt 4.3.7.1.4.1
Kürze den gemeinsamen Faktor.
projv⃗1(u⃗2)=2322×(1,1,1)
Schritt 4.3.7.1.4.2
Forme den Ausdruck um.
projv⃗1(u⃗2)=231×(1,1,1)
projv⃗1(u⃗2)=231×(1,1,1)
Schritt 4.3.7.1.5
Berechne den Exponenten.
projv⃗1(u⃗2)=23×(1,1,1)
projv⃗1(u⃗2)=23×(1,1,1)
Schritt 4.3.7.2
Multipliziere 23 mit jedem Element der Matrix.
projv⃗1(u⃗2)=(231,231,231)
Schritt 4.3.7.3
Vereinfache jedes Element der Matrix.
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Schritt 4.3.7.3.1
Mutltipliziere 23 mit 1.
projv⃗1(u⃗2)=(23,231,231)
Schritt 4.3.7.3.2
Mutltipliziere 23 mit 1.
projv⃗1(u⃗2)=(23,23,231)
Schritt 4.3.7.3.3
Mutltipliziere 23 mit 1.
projv⃗1(u⃗2)=(23,23,23)
projv⃗1(u⃗2)=(23,23,23)
projv⃗1(u⃗2)=(23,23,23)
projv⃗1(u⃗2)=(23,23,23)
Schritt 4.4
Setze die Projektion ein.
v⃗2=(0,1,1)-(23,23,23)
Schritt 4.5
Vereinfache.
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Schritt 4.5.1
Kombiniere jede Komponente der Vektoren.
(0-(23),1-(23),1-(23))
Schritt 4.5.2
Subtrahiere 23 von 0.
(-23,1-(23),1-(23))
Schritt 4.5.3
Schreibe 1 als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner.
(-23,33-23,1-(23))
Schritt 4.5.4
Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.
(-23,3-23,1-(23))
Schritt 4.5.5
Subtrahiere 2 von 3.
(-23,13,1-(23))
Schritt 4.5.6
Schreibe 1 als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner.
(-23,13,33-23)
Schritt 4.5.7
Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.
(-23,13,3-23)
Schritt 4.5.8
Subtrahiere 2 von 3.
v⃗2=(-23,13,13)
v⃗2=(-23,13,13)
v⃗2=(-23,13,13)
Schritt 5
Ermittle die Orthonormalbasis, indem du jeden orthogonalen Vektor durch seine Norm dividierst.
Span{v⃗1||v⃗1||,v⃗2||v⃗2||}
Schritt 6
Ermittle den Einheitsvektor v⃗1||v⃗1||, wobei v⃗1=(1,1,1).
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Schritt 6.1
Um einen Einheitsvektor in der gleichen Richtung wie ein Vektor v⃗ zu ermitteln, dividiert man durch die Norm von v⃗.
v⃗|v⃗|
Schritt 6.2
Die Norm ist die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate aller Elemente im Vektor.
12+12+12
Schritt 6.3
Vereinfache.
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Schritt 6.3.1
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
1+12+12
Schritt 6.3.2
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
1+1+12
Schritt 6.3.3
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
1+1+1
Schritt 6.3.4
Addiere 1 und 1.
2+1
Schritt 6.3.5
Addiere 2 und 1.
3
3
Schritt 6.4
Teile den Vektor durch seine Norm.
(1,1,1)3
Schritt 6.5
Teile jedes Element des Vektors durch 3.
(13,13,13)
(13,13,13)
Schritt 7
Ermittle den Einheitsvektor v⃗2||v⃗2||, wobei v⃗2=(-23,13,13).
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Schritt 7.1
Um einen Einheitsvektor in der gleichen Richtung wie ein Vektor v⃗ zu ermitteln, dividiert man durch die Norm von v⃗.
v⃗|v⃗|
Schritt 7.2
Die Norm ist die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate aller Elemente im Vektor.
(-23)2+(13)2+(13)2
Schritt 7.3
Vereinfache.
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Schritt 7.3.1
Wende die Exponentenregel (ab)n=anbn an, um den Exponenten zu verteilen.
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Schritt 7.3.1.1
Wende die Produktregel auf -23 an.
(-1)2(23)2+(13)2+(13)2
Schritt 7.3.1.2
Wende die Produktregel auf 23 an.
(-1)22232+(13)2+(13)2
(-1)22232+(13)2+(13)2
Schritt 7.3.2
Potenziere -1 mit 2.
12232+(13)2+(13)2
Schritt 7.3.3
Mutltipliziere 2232 mit 1.
2232+(13)2+(13)2
Schritt 7.3.4
Potenziere 2 mit 2.
432+(13)2+(13)2
Schritt 7.3.5
Potenziere 3 mit 2.
49+(13)2+(13)2
Schritt 7.3.6
Wende die Produktregel auf 13 an.
49+1232+(13)2
Schritt 7.3.7
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
49+132+(13)2
Schritt 7.3.8
Potenziere 3 mit 2.
49+19+(13)2
Schritt 7.3.9
Wende die Produktregel auf 13 an.
49+19+1232
Schritt 7.3.10
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
49+19+132
Schritt 7.3.11
Potenziere 3 mit 2.
49+19+19
Schritt 7.3.12
Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.
4+19+19
Schritt 7.3.13
Addiere 4 und 1.
59+19
Schritt 7.3.14
Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.
5+19
Schritt 7.3.15
Addiere 5 und 1.
69
Schritt 7.3.16
Kürze den gemeinsamen Teiler von 6 und 9.
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Schritt 7.3.16.1
Faktorisiere 3 aus 6 heraus.
3(2)9
Schritt 7.3.16.2
Kürze die gemeinsamen Faktoren.
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Schritt 7.3.16.2.1
Faktorisiere 3 aus 9 heraus.
3233
Schritt 7.3.16.2.2
Kürze den gemeinsamen Faktor.
3233
Schritt 7.3.16.2.3
Forme den Ausdruck um.
23
23
23
Schritt 7.3.17
Schreibe 23 als 23 um.
23
23
Schritt 7.4
Teile den Vektor durch seine Norm.
(-23,13,13)23
Schritt 7.5
Teile jedes Element des Vektors durch 23.
(-2323,1323,1323)
Schritt 7.6
Vereinfache.
Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...
Schritt 7.6.1
Multipliziere den Zähler mit dem Kehrwert des Nenners.
(-2332,1323,1323)
Schritt 7.6.2
Mutltipliziere 32 mit 23.
(-3223,1323,1323)
Schritt 7.6.3
Bringe 2 auf die linke Seite von 3.
(-2323,1323,1323)
Schritt 7.6.4
Bringe 3 auf die linke Seite von 2.
(-2332,1323,1323)
Schritt 7.6.5
Multipliziere den Zähler mit dem Kehrwert des Nenners.
(-2332,1332,1323)
Schritt 7.6.6
Mutltipliziere 13 mit 32.
(-2332,332,1323)
Schritt 7.6.7
Multipliziere den Zähler mit dem Kehrwert des Nenners.
(-2332,332,1332)
Schritt 7.6.8
Mutltipliziere 13 mit 32.
(-2332,332,332)
(-2332,332,332)
(-2332,332,332)
Schritt 8
Setze die bekannten Werte ein.
Span{(13,13,13),(-2332,332,332)}
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