Nicht-triviale Lösung von Skalaren

Aufrufe: 752     Aktiv: 28.02.2020 um 12:54

0

 

 

Gegeben sind die folgenden drei Vektoren

\(\vec{x} = \left(\begin{array} {r} -1 \\ -2 \\ -1 \end{array} \right) \), \(\vec{y} = \left(\begin{array} {r} 2 \\ w \\ 2 \end{array} \right) \), \(\vec{z} = \left(\begin{array} {r} 1 \\ w \\ w \end{array} \right) \), mit w Element von R

(a) Man bestimme alle Werte w für welche die drei Vektoren linear abhängig sind.

Das habe ich gemacht und als Lösung folgendes herausbekommen:

\(\vec{y} = \left(\begin{array} {r} 2 \\ 4 \\ 2 \end{array} \right) \), \(\vec{z} = \left(\begin{array} {r} 1 \\ 2 \\ 1 \end{array} \right) \)

 

(b) Für jeden dieser in Aufgabe (a) gefundenen Werte w gebe man eine nicht-triviale Linearkombination der drei Vektoren an, welche den nullvektor liefert, d.h. man finde Skalare \(\lambda_{1}\), \(\lambda_{2}\), \(\lambda_{3}\) mit (\(\lambda_{1}\), \(\lambda_{2}\), \(\lambda_{3}\)) \(\ne\) (0, 0, 0), sodass
\(\lambda_{1}\vec{x} + \lambda_{2}\vec{y} + \lambda_{3}\vec{z} = \vec{0}\)
Anmerkung: Es wird verlangt, dass die Aufgaben mit den Methoden der Linearen Algebra systematisch gelöst werden und nicht durch "Herumprobieren"!

 

Meine Frage nun ist, wie bekomme ich hier nicht-triviale Lösungen ohne "Herumprobieren"?
Kann ich für ein \(\lambda\) einfach einen Wert annehmen und dann die restlichen ausrechnen? Wäre das dann das besagte "Herumprobieren", oder ist das notwendig um an eine Lösung zu kommen? Mir ist nämlich nicht bewusst, wie ich auf eine bestimmte Lösung kommen soll, wenn sich z.B. in einem Gleichungssystem (aufgrund der linearen Abhängigkeit) eh alles wegkürzen würde.

 

Danke im Voraus!

 

 

Diese Frage melden
gefragt

 

Deine Lösung für die erste Teilaufgabe kann nicht stimmen, denn in \(z\) soll die zweite und die dritte Komponente gleich \(w\) sein, bei deiner Lösung sind sie aber nicht gleich.   ─   sterecht 27.02.2020 um 19:01

Wenn ich das Gauß'sche Eliminationsverfahren anwende, komme ich in der untersten Zeile auf \(w = 1\), sind dann von \(\vec{z}\) beide Werte von \(w\) automatisch 1?   ─   manuelluca.waibel 27.02.2020 um 19:11
Kommentar schreiben
1 Antwort
0

Das Tupel \((x,y,z)\) ist linear abhängig, wenn gilt \(w^2-5w+4=0 \Longrightarrow w=1 \vee w=4\).

Nun musst du das LGS \(\lambda_1 \cdot x + \lambda_2 \cdot y + \lambda_3 \cdot z=0\) lösen (z.B. mit dem Gauß-Verfahren). Einmal mit \(w=1\) und einmal mit \(w=4\).

\(w=1\):

\(\lambda_1 \cdot \begin{pmatrix}-1\\ -2\\ -1\end{pmatrix} + \lambda_2 \cdot \begin{pmatrix}2\\ 1\\ 2\end{pmatrix} + \lambda_3 \cdot \begin{pmatrix}1\\ 1\\ 1\end{pmatrix} = 0\)

\(\Longrightarrow \begin{cases}-\lambda_1 + 2\lambda_2 + \lambda_3 = 0 \\-2\lambda_1 + \lambda_2 + \lambda_3 = 0 \\-\lambda_1 + 2\lambda_2 + \lambda_3 = 0\end{cases}\)

Wie du siehst, sind sogar direkt 1. und 3. Zeile identisch.

Diese Antwort melden
geantwortet

Sonstiger Berufsstatus, Punkte: 16.5K

 

Danke, für die Verbesserung bzgl. der Aufgabe (a)!
Ich hätte jetzt aber noch 2 Fragen:
1. Wie kommt man auf die quadratische Gleichung (also wie setzen sich die Werte (1), -5 und 4 zusammen)?
2. Wie genau komme ich nun durch Berechnungen an bestimmte Werte für \(\lambda\)?
  ─   manuelluca.waibel 27.02.2020 um 21:16

1) Stellst du die Vektoren in einer Matrix dar, so sind sie l. abh., wenn die Determinante null ist.
2) Die 3. Zeile kannst du streichen. Formst du die 2. Gleichung z.B. nach \(\lambda_1\) um, so erhältst du \(\lambda_1 = 0.5(\lambda_2+\lambda_3)\). Eingesetzt in die erste Zeile ergibt das \(-0.5(\lambda_2 + \lambda_3) +2 \lambda_2 + \lambda_3 = 0 \Rightarrow \lambda_2 = -\dfrac{\lambda_3}{3} \Rightarrow \lambda_1 = \dfrac{\lambda_3}{3}\). So kannst du \(\lambda_1,\lambda_2\) mittels \(\lambda_3\) ausdrücken.
  ─   maccheroni_konstante 27.02.2020 um 23:42

Ah vielen Dank!
Ich habe das ganze jetzt mit \(w = 4\) auch noch gemacht und erhalte dann \(\lambda_{1} = 2 \cdot \lambda_{2}\) und aber für \(\lambda_{3}\) beim Rückeinsetzen \(\lambda_{3} = 0\).
Bei der Probe erhalte ich dann den Nullvektor, also müsste die Lösung so stimmen \(\lambda_{1} = 2 \cdot \lambda_{2}\), \(\lambda_{2}\), \(\lambda_{3} = 0\) - ist diese Lösung für \(\lambda_{3}\) jedoch zulässig? Laut Angabe müssen doch alle \(\lambda \ne 0\) sein? Oder bezieht sich das auf die Gesamtheit aller \(\lambda\)? Also sprich, dass Einzelne diesen Wert annehmen dürfen, jedoch nicht alle?
  ─   manuelluca.waibel 28.02.2020 um 10:42

Da du nur eine LK angeben sollst, könntest du dir für \(\lambda_3\) auch einen (von null verschiedenen) bel. Wert ausdenken. Deine Lösung stimmt allerdings.

Die triviale Lösung bezieht sich darauf, dass alle! Skalare den Wert null haben.
  ─   maccheroni_konstante 28.02.2020 um 12:54

Kommentar schreiben