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Aufgabe 4

Wir betrachten das folgende Gleichungssystem
\(\qquad \begin{array} {r c r c r c l} x & + & y & + & z & = & 4 \\  x & + & 2 y & + & 3z & = & 8 \\  x & + & 2 y & + & 4z & = & a \end{array} \)
das von einem Parameter \(a\) abhängt.
Untersuchen Sie, für welche Wahl von \(a\) das Gleichungssystem lösbar ist, und bestimmen Sie gegebenenfalls alle Lösungen (in Abhängigkeit von \(a\)).
Lösung:
 Das Gleichungssystem hat für jede Wahl von \(a\) eine eindeutige Lösung, und zwar
\(\qquad x = -8 + a, \quad y = 20 - 2a, \quad z = a-8  \)
Erläuterung:
Wir benutzen das Additionsverfahren, um das Gleichungssystem zu untersuchen. Zunächst subtrahieren wir die erste Gleichung von der zweiten und von der dritten und erhalten
\( \qquad \begin{array} {r c r c r c l} x & + & y & + & z & = & \,\,\, 4 \\  & & (2-1) \cdot y & + & (3-1) \cdot z & = & 8 -4 \\ & & (2-1) \cdot y & + & (4-1) \cdot z & = & a - 4 \end{array} \)
also
\(\qquad \begin{array} {r c r c r c l} x & + & y & + & z & = & \,\,\, 4 \\  & &  y & + & 2 z & = & \,\,\, 4 \\ & &  y & + & 3 z & = & a- 4 \end{array} \)
Subtrahieren wir die zweite Gleichung von der dritten, so erhalten wir
\(\qquad \begin{array} {r c r c r c l} x & + & y & + & z & = & \,\,\, 4 \\  & & y& + & 2 \cdot z & = & \,\,\, 4 \\ & & &  & (3-2) \cdot z & = & a - 4 - 4 \end{array} \)
also
\(\qquad \begin{array} {r c r c r c l} x & + & y & + & z & = & \,\,\, 4 \\  & & y& + & 2 z & = & \,\,\, 4 \\ & & &  &  z & = & a - 8 \end{array} \)
Damit sehen wir, dass auf jeden Fall \(z = a-8\) gelten muss. Setzen wir das in die zweite Gleichung ein, so wird diese zu
\(\qquad y + 2 \cdot (a-8) = 4 \)
woraus
\(\qquad y = 4 - (2a - 16 ) = 20 - 2a \)
folgt. Setzen wir \(z = a-8\) und \(y = 20 -2a\) in die erste Gleichung ein, so wird diese zu
\(\qquad x + 20 - 2a + a - 8 = 4 \)
woraus wir
\(\qquad x = 4 - (12 - a) = - 8 + a \)
erhalten. Damit sehen wir, dass das Gleichungssystem für jede Wahl von \(a\) lösbar ist und dann die Lösung
\(\qquad x = -8 + a, \quad y = 20 - 2a, \quad z = a-8 \)
hat.
\(\enspace\)