Aufgabe 3
Wir betrachten das folgende Gleichungssystem \(\qquad \begin{array} {r c r c r c l} x & + & y & + & z & = & 2 \\ 2 x & & & + & z & = & 4 \\ - x & + & 2 y & - & 2z & = & 3 \end{array} \) Untersuchen Sie, ob das Gleichungssystem lösbar ist und bestimmen Sie gegebenenfalls die Lösungen. Erklärung Lösung: Das Gleichungssystem hat die eindeutige Lösung \(x=3\), \(y = 1\) und \(z = -2\), \(\qquad \mathbb L = \{ (3, \, 1, \, -2) \} \) Erläuterung: Das Gleichungssystem hat die augmentierte Matrix \(\qquad (A \, \vert \, \overrightarrow{b} ) = \left( \begin{array} {c c c | c } 1 & 1 & 1 & 2 \\ 2 & 0 & 1 & 4 \\ -1 & 2 & -2 & 3 \end{array} \right) \) Subtrahieren wir die erste Zeile zweimal von der zweiten und addieren wir sie einmal zur dritten, so wird daraus \(\qquad \left( \begin{array} {c c c | c } 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & -2 & -1 & 0 \\ 0 & 3 & -1 & 5 \end{array} \right) \) Dividieren wir die zweite Zeile durch \(-2\), so erhalten wir \(\qquad \left( \begin{array} {c c c | c } 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & \frac {1}{2} & 0 \\ 0 & 3 & -1 & 5 \end{array} \right) \) Subtrahieren wir die zweite Zeile dreimal von der dritten, so ergibt das \(\qquad \left( \begin{array} {c c c | c } 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & \frac {1}{2} & 0 \\ 0 & 0 & -\frac {5}{2} & 5 \end{array} \right) \) Dividieren wir die dritte Zeile durch \(-\dfrac {5}{2}\), so erhalten wir \(\qquad \left( \begin{array} {c c c | c } 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & \frac {1}{2} & 0 \\ 0 & 0 & 1 & -2 \end{array} \right) \) also eine augmentierte Matrix in Zeilen-Stufen-Form. Zu dieser augmentierten Matrix gehört das Gleichungssystem \(\qquad \begin{array} {r c r c r c l} x & + & y & + & z & = & \,\, 2 \\ & & y & + & \dfrac {1}{2} \cdot z & = & \, \, 0 \\ & & & & z & = & \,\, -2 \end{array} \) Aus der dritten Gleichung sehen wir jetzt sofort, dass \(z = -2\) gelten muss. Setzen wir das in die zweite ein, so wird diese zu \(\qquad y + \dfrac {1}{2} \cdot (-2) = 0 \) woraus wir \(\qquad y = 0 - \dfrac {1}{2} \cdot (-2) = 1 \) erhalten. Setzen wir nun \(z = -2\) und \(y= 1\) in die erste Gleichung ein, so wird diese zu \(\qquad x + 1 + (-2) = 2 \) woraus \(\qquad x = 2 -1 + 2 = 3 \) folgt. Damit erhalten wir die eindeutige Lösung \(\qquad x = 3, \quad y = 1, \quad z = -2 \) |
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