Lineare Algebra Beispiele

x + y + z = 2

$x + y + z = 2$ ,

4 x + 5 y + z = 12

$4 x + 5 y + z = 12$ ,

$2 x = - 4$

Schritt 1

Schreibe das Gleichungssystem in Matrixform.

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 4 & 5 & 1 & 12 \\ 2 & 0 & 0 & - 4 \end{array}]$

Schritt 2

Ermittele die normierte Zeilenstufenform.

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Schritt 2.1

Perform the row operation

$R_{2} = R_{2} - 4 R_{1}$ to make the entry at

$2, 1$ a

$0$ .

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Schritt 2.1.1

Perform the row operation

$R_{2} = R_{2} - 4 R_{1}$ to make the entry at

$2, 1$ a

$0$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 4 - 4 \cdot 1 & 5 - 4 \cdot 1 & 1 - 4 \cdot 1 & 12 - 4 \cdot 2 \\ 2 & 0 & 0 & - 4 \end{array}]$

Schritt 2.1.2

Vereinfache

$R_{2}$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & - 3 & 4 \\ 2 & 0 & 0 & - 4 \end{array}]$

Schritt 2.2

Perform the row operation

$R_{3} = R_{3} - 2 R_{1}$ to make the entry at

$3, 1$ a

$0$ .

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Schritt 2.2.1

Perform the row operation

$R_{3} = R_{3} - 2 R_{1}$ to make the entry at

$3, 1$ a

$0$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & - 3 & 4 \\ 2 - 2 \cdot 1 & 0 - 2 \cdot 1 & 0 - 2 \cdot 1 & - 4 - 2 \cdot 2 \end{array}]$

Schritt 2.2.2

Vereinfache

$R_{3}$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & - 3 & 4 \\ 0 & - 2 & - 2 & - 8 \end{array}]$

Schritt 2.3

Perform the row operation

$R_{3} = R_{3} + 2 R_{2}$ to make the entry at

$3, 2$ a

$0$ .

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Schritt 2.3.1

Perform the row operation

$R_{3} = R_{3} + 2 R_{2}$ to make the entry at

$3, 2$ a

$0$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & - 3 & 4 \\ 0 + 2 \cdot 0 & - 2 + 2 \cdot 1 & - 2 + 2 \cdot - 3 & - 8 + 2 \cdot 4 \end{array}]$

Schritt 2.3.2

Vereinfache

$R_{3}$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & - 3 & 4 \\ 0 & 0 & - 8 & 0 \end{array}]$

Schritt 2.4

Multiply each element of

$R_{3}$ by

$- \frac{1}{8}$ to make the entry at

$3, 3$ a

$1$ .

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Schritt 2.4.1

Multiply each element of

$R_{3}$ by

$- \frac{1}{8}$ to make the entry at

$3, 3$ a

$1$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & - 3 & 4 \\ - \frac{1}{8} \cdot 0 & - \frac{1}{8} \cdot 0 & - \frac{1}{8} \cdot - 8 & - \frac{1}{8} \cdot 0 \end{array}]$

Schritt 2.4.2

Vereinfache

$R_{3}$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & - 3 & 4 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{array}]$

Schritt 2.5

Perform the row operation

$R_{2} = R_{2} + 3 R_{3}$ to make the entry at

$2, 3$ a

$0$ .

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Schritt 2.5.1

Perform the row operation

$R_{2} = R_{2} + 3 R_{3}$ to make the entry at

$2, 3$ a

$0$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 + 3 \cdot 0 & 1 + 3 \cdot 0 & - 3 + 3 \cdot 1 & 4 + 3 \cdot 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{array}]$

Schritt 2.5.2

Vereinfache

$R_{2}$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & 0 & 4 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{array}]$

Schritt 2.6

Perform the row operation

$R_{1} = R_{1} - R_{3}$ to make the entry at

$1, 3$ a

$0$ .

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Schritt 2.6.1

Perform the row operation

$R_{1} = R_{1} - R_{3}$ to make the entry at

$1, 3$ a

$0$ .

$[\begin{array}{c} 1 - 0 & 1 - 0 & 1 - 1 & 2 - 0 \\ 0 & 1 & 0 & 4 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{array}]$

Schritt 2.6.2

Vereinfache

$R_{1}$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 1 & 0 & 2 \\ 0 & 1 & 0 & 4 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{array}]$

Schritt 2.7

Perform the row operation

$R_{1} = R_{1} - R_{2}$ to make the entry at

$1, 2$ a

$0$ .

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Schritt 2.7.1

Perform the row operation

$R_{1} = R_{1} - R_{2}$ to make the entry at

$1, 2$ a

$0$ .

$[\begin{array}{c} 1 - 0 & 1 - 1 & 0 - 0 & 2 - 4 \\ 0 & 1 & 0 & 4 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{array}]$

Schritt 2.7.2

Vereinfache

$R_{1}$ .

$[\begin{array}{c} 1 & 0 & 0 & - 2 \\ 0 & 1 & 0 & 4 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{array}]$

Schritt 3

Verwende die Ergebnismatrix, um die endgültigen Lösungen für das Gleichungssystem anzugeben.

$x = - 2$

$y = 4$

$z = 0$

Schritt 4

Die Lösung ist die Menge geordneter Paare, die das System erfüllen.

$(- 2, 4, 0)$

Schritt 5

Das Zerlegen eines Lösungsvektors durch Umstellen jeder Gleichung, die in der reduzierten Zeilenstufenform der erweiterten Matrix wiedergegeben ist, durch Auflösen nach der abhängigen Variablen in jeder Zeile, ergibt die Vektorgleichung.

$X = [\begin{array}{c} x \\ y \\ z \end{array}] = [\begin{array}{c} - 2 \\ 4 \\ 0 \end{array}]$