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01.12.2021
 #1
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Na rat' mal wer ;)

Wir lösen das Gleichungssystem

6=a+b+c+d

0=3a+2b+c

0=24a+2b

2=-a+b-c+d

oder, anders aufgeschrieben, 

1a+1b+1c+1d = 6

3a+2b+1c+0d = 0

24a+2b+0c+0d  = 0 

-1a+1b-1c+1d = 2

Um deutlich weniger schreiben zu müssen, können wir die Variablen & die =-Zeichen weglassen & daraus eine Koeffizientenmatrix erstellen:

 

1  1  1  1  |  6

3  2  1  0  |  0

24 2  0 0  |  0

-1 1 -1  1  |  2

 

Ziel ist nun, durch Addition von Zeilen & Skalieren von Zeilen (wenn nötig auch Tauschen von Zeilen) diese Matrix so umzuformen, dass Links vom Trenn-Strich eine Einheitsmatrix steht, also nur noch Einsen auf der Diagonalen & Nullen sonst. Dafür würde ich zu Beginn die erste Zeile "normieren", also so teilen, dass ganz vorne eine 1 steht. Das ist bereits der Fall, deswegen geht's weiter mit Schritt 2: Zeile 1 von den anderen Abziehen, und zwar so oft, dass unter der 1 links oben nur noch Nullen stehen:

 

1  1  1  1  |  6

3  2  1  0  |  0    |-3*I

24 2  0 0  |  0    |-24*I

-1 1 -1  1  |  2    |+1*I

 

1   1   1   1   |  6

0  -1  -2  -3   |  -18

0 -22 -24 -24 | -144

0   2   0   2    |   8

 

Nun wird in Zeile 2 auf der Diagonalen die 1 erzeugt. Dieses mal müssen wir dafür Teilen, nämlich durch -1:

 

1   1   1   1   |  6

0  -1  -2  -3   |  -18   |*(-1)

0 -22 -24 -24 | -144

0   2   0   2    |   8

 

1   1   1   1   |  6

0   1   2    3   |  18

0 -22 -24 -24 | -144

0   2   0   2    |   8

 

Weiter geht's mit abziehen der zweiten Zeile, um unter der Diagonal-1 wieder Nullen zu erzeugen:

 

1   1   1   1   |  6

0   1   2    3   |  18  

0 -22 -24 -24 | -144  |+22*II

0   2   0   2    |   8     |-2*II

 

1   1   1   1   |  6

0   1   2    3  |  18  

0   0  20  42 |   252

0   0  -4  -4   | -28

 

Normieren der 3. Zeile liefert wieder die 1 auf der Diagonalen:

 

1   1   1   1   |  6

0   1   2    3  |  18  

0   0  20  42 |  252  |:20

0   0  -4  -4   | -28

 

1   1   1   1   |  6

0   1   2    3  |  18  

0   0   1 2,1 | 12,6

0   0  -4  -4   | -28

 

Addieren von Zeile 3 zu Zeile 4 liefert wieder eine Null unter der Diagonalen:

 

1   1   1   1   |  6

0   1   2    3  |  18  

0   0   1  2,1 | 12,6

0   0  -4  -4   | -28   |+4*III

 

1   1   1   1   |  6

0   1   2    3  |  18  

0   0   1  2,1 | 12,6

0   0   0  4,4  | 22,4

 

Ein letztes mal Normieren liefert die letzte 1 auf der Diagonalen:

 

1   1   1   1   |  6

0   1   2    3  |  18  

0   0   1  2,1 | 12,6

0   0   0  4,4  | 22,4   |:4,4

 

1   1   1   1   |  6

0   1   2    3  |  18  

0   0   1  2,1 | 12,6

0   0   0   1  | 56/11

 

Nun werden die Nullen über der Diagonalen erzeugt. Man beginnt mit den Nullen rechts, indem man die letzte Zeile zu denen darüber addiert. Jetzt wird sozusagen "von unten nach oben" gearbeitet. Da die Lösung so "brüchig" ist, haben wir rechts jetzt immer Brüche, das ist ein bisschen unschön, aber wenn's so ist ist's halt so.

 

1   1   1   1   |  6     |-1*IV

0   1   2    3  |  18      |-3*IV

0   0   1  2,1 | 12,6    |-2,1*IV

0   0   0   1  | 56/11   

 

1   1   1   0  |  10/11

0   1   2   0  |  30/11  

0   0   1   0  |  21/11

0   0   0   1  |  56/11

 

Für die nächsten Nullen addieren wir Zeile 3 passend zu den Zeilen darüber:

 

1   1   1   0  |  10/11  |-1*III

0   1   2   0  |  30/11  |-2*III

0   0   1   0  |  21/11

0   0   0   1  |  56/11

 

1   1   0   0  |  -11/11

0   1   0   0  |  -12/11  

0   0   1   0  |  21/11

0   0   0   1  |  56/11

 

Zieht man jetzt noch Zeile 2 von Zeile 1 ab, ist man fertig:

 

1   1   0   0  |  -11/11   |-1*II

0   1   0   0  |  -12/11  

0   0   1   0  |  21/11

0   0   0   1  |  56/11

 

1   0   0   0  |  1/11

0   1   0   0  |  -12/11  

0   0   1   0  |  21/11

0   0   0   1  |  56/11

 

Unsere Lösung ist demnach a=1/11 (hatten wir vorhin ja auch gefunden), b=-12/11, c=21/11 und d=56/11.

Sieht nach ultra viel Aufwand aus, weil ich's sehr ausführlich aufgeschrieben hab. Im Prinzip ist's aber nur eine Variante des Additionsverfahrens, die, ohne nach "smarten", gut geeigneten Additionen oder Tricks Ausschau zu halten, einfach immer das selbe Schema durchzieht. Es funktioniert bei jedem lösbaren Gleichungssystem.

 

Ich hoff' das war hilfreich - ansonsten gibt's sicherlich auf Youtube oder sonstwo noch gute Tutorials :D

01.12.2021
 #1
avatar+3976 
0

Zur 1. Aufgabe: 

Um zu verifizieren, dass x1=-2 eine Nullstelle ist, musst du nur -2 für x in die Funktion P einsetzen. Wenn Null 'rauskommt ist's eine Nullstelle.

Die anderen Nullstellen findest du, indem du per Polynomdivision den Grad reduzierst. Die durchzuführende Polynomdivision ist

( 6x3 + 13x2 + x − 2 ) : (x+2)

denn (x+2) wird Null wenn x=-2 ist. Da kommt ein Polynom mit Grad 2 heraus, dessen Nullstellen du per Lösungsformel bestimmen kannst.

 

Zur 2. Aufgabe:

Die Nullstellen von Q ergeben sich durch den Merksatz "Ein Produkt ist genau dann 0, wenn einer seiner Faktoren 0 ist". Für die Nullstellen reicht's also, die Faktoren einzeln zu betrachten. Die Ordnung dazu ist dabei die Anzahl, wie oft du die Nullstelle findest: zB. ist hier x=-1 eine Nullstelle des zweiten Faktors und des dritten Faktors. Daher ist x=-1 eine Nullstelle zweiter Ordnung.

Der Grad ist die größte x-Potenz, die nach Auflösen der Klammern vorkommt. Er ergibt sich durch Addition des Grads jeder Klammer, hier also 2+1+2+1=6.

 

Zur 3. Aufgabe:

Die ist ein bisschen schwieriger, deswegen lös' ich sie dir ganz:

In R kommen nur gerade x-Potenzen vor. Das ist typischerweise ein Merkmal dafür, dass die Nullstellen per Substitution (u=x2) gefunden werden müssen/können. Substituiert man hier wie schon erwähnt u=x2, so erhält man u5-15u4+85u3-225u2+274u-120. Dieses Polynom hat maximal 5 verschiedene Nullstellen, denn der Grad eines Polynoms ist stets eine Obergrenze für die Nullstellenanzahl. 

So findet man dann ja Lösungen für u, die Lösungen für x erhält man durch Rücksubstitution, also wieder mit der Gleichung u=x2. Dort werden die u-Werte eingesetzt und wenn möglich die Wurzel gezogen. Dabei ergeben sich dann für positive u-Werte zwei Lösungen, nämlich einmal die positive Wurzel & einmal die negative. So erkennt man: Die Lösungen für x sind immer \(x=\pm \sqrt u\) für die u-Werte, die halt vorher herausgekommen sind.

Daher ist, wenn x=1 eine Lösung ist, auch x=-1 eine Lösung. Und, wenn x=√2 eine Lösung ist, ist auch x=-√2 eine Lösung. Und so weiter für die anderen.

 

Ich hoffe, ich konnte helfen. Wenn noch was nicht klappt frag' gern nochmal nach!

01.12.2021
30.11.2021
29.11.2021
28.11.2021
 #3
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28.11.2021

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