Home » Mathematik » Aufgaben zum Gaußverfahren

Aufgaben zum Gaußverfahren

Das Gauß-Jordan-Verfahren auch Gaußsche Eliminationsverfahren hilft Gleichungssysteme zu lösen, die 3 oder mehr Gleichungen beinhalten.


Übungsaufgaben


Löse die linearen Gleichungssysteme mit dem Gauß-Jordan-Verfahren.

  1. 3x 4y = 26
    2x + 3y = 28
    Lösung
    3x 4y = 26
    2x + 3y = 28

    Zuerst wird die erweiterte Koeffizientenmatrix gebildet.

    $ \begin{bmatrix} \normalsize \begin{array}{c c | c} 3 & -4 & -26\\ 2 & 3 & 28 \end{array} \end{bmatrix} $

    Die erste Zeile wird durch 3 und die zweite durch 2 dividiert.

    $ \large \xrightarrow{\text{I:3, II:2}} \begin{bmatrix} \normalsize \begin{array}{c c | c} \textbf{1} & -\frac{4}{3} & -\frac{26}{3}\\ \textbf{1} & 3 & \textbf{14} \end{array} \end{bmatrix} $

    Die erste Zeile wird von der zweiten subtrahiert.

    $ \large \xrightarrow{\text{II-I}} \begin{bmatrix} \normalsize \begin{array}{c c | c} \textbf{1} & -\frac{4}{3} & -\frac{26}{3}\\ \textbf{0} & \frac{17}{6} & \frac{68}{3} \end{array} \end{bmatrix} $

    Dann teilt man die zweite Zeile durch $\frac{17}{6}$.

    $ \large \xrightarrow{\text{II:$\frac{17}{6}$}} \begin{bmatrix} \normalsize \begin{array}{c c | c} \textbf{1} & -\frac{4}{3} & -\frac{26}{3}\\ \textbf{0} & \textbf{1} & \textbf{8} \end{array} \end{bmatrix} $

    Danach subtrahiert man von der ersten Zeile das $-\frac{4}{3}$-fache der zweiten Zeile.

    $ \large \xrightarrow{\text{I $-(-\frac{4}{3})\cdot$II}} \begin{bmatrix} \normalsize \begin{array}{c c | c} \textbf{1} & \textbf{0} & \textbf{2}\\ \textbf{0} & \textbf{1} & \textbf{8} \end{array} \end{bmatrix} $

    Nun kann man in der rechten Spalte die Lösung ablesen:

    $\Longrightarrow$ $\textbf{x=2, y=8}$, Lösungsmenge: $\textbf{L=\{(2,8)\}}$


  2. $ \color{black} \tiny \begin{equation*} \begin{aligned} x+2y-z &=\\ -x-5y-4z &=\\ -x+y+2z &= \end{aligned}\!\!\: \begin{gathered} 8 \\ -12 \\ 0 \end{gathered} \end{equation*} $
    Lösung
    $ \color{black} \small \begin{equation*} \begin{aligned} x+2y-z &=\\ -x-5y-4z &=\\ -x+y+2z &= \end{aligned}\!\!\: \begin{gathered} 8 \\ -12 \\ 0 \end{gathered} \end{equation*} $

    Zuerst wird die erweiterte Koeffizientenmatrix gebildet.

    $ \begin{bmatrix} \small \begin{array}{c c c | c} 1 & 2 & -1 &8\\ -1 & -5 & -4 &-12\\ -1 & 1 & 2 &0 \end{array} \end{bmatrix} $

    Die erste Zeile wird mit der zweiten und der Dritten addiert.

    $ \large \xrightarrow[\text{I+III}]{\text{I+II}} \begin{bmatrix} \small \begin{array}{c c c | c} 1 & 2 & -1 & 8\\ 0 & -3 & -5 & -4\\ 0 & 3 & 1 & 8 \end{array} \end{bmatrix} $

    Die zweite Zeile wird mit der Dritten addiert.

    $ \large \xrightarrow[\text{II+III}]{\text{}} \begin{bmatrix} \small \begin{array}{c c c | c} 1 & 2 & -1 & 8\\ 0 & -3 & -5 & -4\\ 0 & 0 & -4 & 4 \end{array} \end{bmatrix} $

    $\Longrightarrow$ $z=\frac{4}{-4}=-1$

    $z$ in II einsetzen:
    $-3y-5(-1)=-4$
    $\Longrightarrow$ $y=3$

    $y, z$ in I einsetzen:
    $x+2(3)-(-1)=8$
    $\Longrightarrow$ $x=1$

    $\textbf{L={(1,3,-1)}}$


  3. $ \color{black} \tiny \begin{equation*} \begin{aligned} 2x+2y-3z &=\\ -x-2y-3z &=\\ 2x+4y+6z &= \end{aligned}\!\!\: \begin{gathered} 8 \\ -1 \\ 7 \end{gathered} \end{equation*} $
    Lösung
    $ \color{black} \small \begin{equation*} \begin{aligned} 2x+2y-3z &=\\ -x-2y-3z &=\\ 2x+4y+6z &= \end{aligned}\!\!\: \begin{gathered} 8 \\ -1 \\ 7 \end{gathered} \end{equation*} $

    Zuerst wird die erweiterte Koeffizientenmatrix gebildet.

    $ \begin{bmatrix} \small \begin{array}{c c c | c} 2 & 2 & -3 &8\\ -1 & -2 & -3 &-1\\ 2 & 4 & 6 &7 \end{array} \end{bmatrix} $

    Die zweite Zeile wird mit zwei multipliziert und plus der Dritten Zeile addiert.

    $ \large \xrightarrow[\text{2•II+III}]{\text{}} \begin{bmatrix} \small \begin{array}{c c c | c} 2 & 2 & -3 & 8\\ -1 & -2 & -3 & -1\\ 0 & 0 & 0 & 5 \end{array} \end{bmatrix} $

    $Da\: ist\: die\: Zeile\: falsch, \:weil\: 0 \neq 5, somit\: existiert\: keine\: Lösung,\\ $.

    $\Longrightarrow$ $\textbf{L={}}$ $\: oder\:$ $\textbf{L=$\varnothing$}$