Formel mit Dezimal-Potenz umstellen

Erste Frage Aufrufe: 476     Aktiv: 21.02.2021 um 19:30

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Hallo,

folgende Gleichung soll nach F umgestellt werden:

Bis auf die Variable F sind alle Parameter bekannt. Alle Parameter / Variablen nehmen aufgrund des logischen Hintergrunds (technische Mechanik) nur positive Werte an. Soweit ganz einfach.

Das große Problem ist für mich die 1,3 in der Potenz. Ich habe bereits mit Hilfe von Daniels Videos zu den Potenzgesetzen versucht das Problem zu lösen, leider erfolglos. Alle Lösungen per Hand habe ich mit Hilfe eines Zahlenbeispiels und der bekannten korrekten Lösung überprüft, und dabei festgestellt das ich immer irgendwo einen Fehler gemacht habe.

 

Auch WolframAlpha bekommt es mit dem Befehl „solve for F“ nicht hin.

Wenn ich jedoch ein konkretes Zahlenbeispiel für alle bekannten Parameter verwende, bekommt selbst mein fast 15 Jahre alter Casio fx-991ES für F eine Lösung.

 

Hier mal ein Zahlenbeispiel aus der Praxis:

 

L = 10

g = 0,063

h = 0,239

N = 50,22

e = 5

M = 54,7

 

Mit dem Taschenrechner folgt: F = 8,55645…

Alternativ mit WolframAlpha:

Wenn ich auf step-by-step solution klicke bekomme ich lediglich die Fehlermeldung „ops, we don’t have a step-by-step solution for this query“.

Warum kann eine so mächtige Website wie WolframAlpha die Formel mit Zahlen einfach umstellen bzw. Lösen, aber wenn dort Buchstaben stehen ist das schon nicht mehr möglich?

Wie lautet denn die richtig umgestellte Formellösung F =… ?

 

Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen oder wenigstens einen guten Tipp geben.
Chris

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Ich bin mir ziemlich sicher, dass man diese Gleichung nicht analytisch lösen kann. Du brauchst also ein numerisches Näherungsverfahren. Das erklärt auch, warum WolframAlpha nur Lösungen bei konkreten Zahlen geben kann.
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Hallo stal,
vielen Dank für deine Antwort. Wie kommst du darauf, dass die Gleichung nur nummerisch, sprich durch Zahlen einsetzen und annähern gelöst werden kann?
Die Formel lässt sich ja durch Zusammenfassen der bekannten Parameter zu X bzw. Y wie folgt vereinfachen:
(F * X)^1,3 + F * Y = 1
Und das soll nicht analytisch nach F aufgelöst werden können?
  ─   chris_tm 21.02.2021 um 14:01

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Die Lösungen der Gleichung \(ax^{1.3}+bx=1\) (in \(x\), weil das natürlicher aussieht) sind äquivalent zu den Nullstellen eines Polynoms vom Grad 13 (beide Seiten hoch 10 nehmen und \(x^{1.3}\) überall außer im Term \((x^{1.3})^{10}\) durch \(\frac1a(1-bx)\) ersetzen) und für Polynome vom Grad >4 gibt es keine Lösungsformeln.   ─   stal 21.02.2021 um 14:12

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ich denke die Gleichung in x hat eher die Form \((ax+b)^{1,3}+cx=1\) und ist nicht analytisch lösbar   ─   gerdware 21.02.2021 um 15:55

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Okay, d.h. die gesuchte Variable F lässt sich nur durch Zahlen einsetzen und probieren bzw. durch Näherungsalgorithmen herausfinden. Obwohl es ja nur exakt eine Lösung dafür gibt. Schade. :(
Aber irgendwie auch beruhigend, dass es keine Lösung gibt, dann bin ich doch nicht zu blöd zum Umformen. :D
  ─   chris_tm 21.02.2021 um 18:50

Die Lösung ohne ^1,3 lässt sich aber problemlos umstellen und liefert immer ein zu kleines Ergebnis (für Ingenieure: konservativ) und bietet zumindest mal einen Startwert, mit dem man sich dann nummerisch der exakten Lösung "von unten" nähern kann, oder sehe ich das falsch?

F = -(g * L^2 * M - 16 * h * M * N) / (2 * e * h * N + 2 * L * M)
  ─   chris_tm 21.02.2021 um 18:57

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störender als die Aussage (nicht analytisch umstellbar, war auch meine Auffassung), ist die Formulierung der Frage:

anstatt "wie stellt man nach F um?" suggeriert "soll umgestellt werden", dass es geht.

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