Aufgabe 4
Wir betrachten das folgende Gleichungssystem \(\qquad \begin{array} {r c r c r c l} x & + & y & + & z & = & 2 \\ x & + & 2y & + & 3z & = & 3 \\ \end{array} \) Untersuchen Sie, ob das Gleichungssystem lösbar ist, und bestimmen Sie gegebenenfalls die Lösungen. Erklärung Lösung: Das Gleichungssystem hat unendlich viele Lösungen, \(\qquad \mathbb L = \{ (1+r, \, 1-2r, \, r ) \, \vert \,\, r \in \mathbb R \} \) Erläuterung: Das Gleichungssystem hat die augmentierte Matrix \(\qquad (A \, \vert \, \overrightarrow{b} ) = \left( \begin{array} {c c c | c } 1 & 1 & 1 & 2 \\ 1 & 2 & 3 & 3 \end{array} \right) \) Subtrahieren wir die erste Zeile von der zweiten, so wird daraus \(\qquad \left( \begin{array} {c c c | c } 1 & 1 & 1 & 2 \\ 0 & 1 & 2 & 1 \end{array} \right) \) und wir haben bereits Zeilen-Stufen-Form erreicht. Zu dieser augmentierten Matrix gehört das Gleichungssystem \(\qquad \begin{array} {r c r c r c l} x & + & y & + & z & = & 2 \\ & & y & + & 2 z & = & 1 \end{array} \) Die zweite Gleichung ist hier eine lineare Gleichung mit zwei Unbekannten. Wir können daher für \(z\) eine beliebige Zahl einsetzen, \(z = r\), und erhalten dann \(\qquad y + 2 r = 1 \) woraus wir \(\qquad y = 1 - 2r \) erhalten. Setzen wir nun \(z = r\) und \(y= 1 - 2r\) in die erste Gleichung ein, so wird diese zu \(\qquad x + 1 -2r + r = 2 \) woraus \(\qquad x = 2 -1 + 2r - r = 1+r \) folgt. Damit erhalten wir unendlich viele Lösungen von der Form \(\qquad x = 1+r, \quad y = 1-2r, \quad z = r \) mit \(r \in \mathbb R\) beliebig. |
\(\enspace\)