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 \(a\)). Erklärung 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. |
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