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Gleichungssystem mit mehreren Unbekannten lösen

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Funktionalanalysis

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Tags: Funktion, Funktionalanalysis, Lagrange

 
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Klausi123

Klausi123 aktiv_icon

14:57 Uhr, 05.07.2014

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Hi,

aktuelle beschäftige ich mich mit der Lagrange Methode unter zwei Nebenbedingungen. Ich soll folgendes Problem lösen

max(min)x+y unter diesen Nebenbedingungen 1.)x2+2y2+z2-1=0 und 2.)x+y+z-1=0

Zunächst stelle ich die Lagrange Funktion auf:

L(x,y,z)x+y- λ_1 (x2+2y3+z2-1)- λ_2 (x+y+z-1)

Dann leite ich nach jeder Variable ab und setze jede Ableitung =0

1.)L'x= 1-2xλ_1 -λ_2 =0

2.)L'y= 1-4yλ_1 -λ_2 =0

3.)L'z= -2zλ_1 -λ_2 =0



Jetzt habe ich also drei Gleichungssysteme zu lösen und weiß nicht wie ich das machen soll. Ich habe als Unbekannte x,y,z λ_1 und λ_2. Kann ich solche Gleichungen mit dem Gauß-Verfahren lösen? Muss ich eine Gleichung von einer anderen abziehen? Es wäre gut wenn ihr mir sagt wie ich vorzugehen habe um solche Gleichungen zu lösen.


Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich benötige bitte nur das Ergebnis und keinen längeren Lösungsweg."
Hierzu passend bei OnlineMathe:
Funktion (Mathematischer Grundbegriff)

Online-Übungen (Übungsaufgaben) bei unterricht.de:
 
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Antwort
Mathe-Steve

Mathe-Steve aktiv_icon

15:48 Uhr, 05.07.2014

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Hallo,
Du hast nicht drei Gleichungssysteme, sondern ein Gleichungssystem mit drei Gleichungen; es sollten aber fünf sein. Dir fehlen die partiellen Ableitungen nach λ1 und λ2.
Und ja, natürlich könnte man das mit Gauß machen, wenn dein Ansatz vollständig gewesen wäre.
Aber jetzt ist das System nicht mehr linear und Du wirst Einsetzungsverfahren anwenden.
Gruß
Stephan
Klausi123

Klausi123 aktiv_icon

16:28 Uhr, 05.07.2014

Antworten
Ich verstehe nicht wieso ich noch die Ableitungen nach λ_1 und λ_2 benötige. Wenn ich nur eine Nebenbedingung habe, leite ich auch nicht nach λ ab sondern leite nach x und y ab und setze diese Ableitungen dann 0. Dann löse ich jede der Gleichungen nach λ auf und setze λ=λ und kann so nach y oder x auflösen. Das wiederum setze ich dann in meine Nebenbedingung ein und erhalte die jeweils andere Variable.
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Mathe-Steve

Mathe-Steve aktiv_icon

16:33 Uhr, 05.07.2014

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Das machst Du im Prinzip auch bei einer Nebenbedingung. Nun ist es so, dass die Ableitungen nach den Lagrange-Multiplikatoren gerade die Nebenbedingungen reproduzieren, weshalb ihr die Ableitungen vielleicht nicht explizit ausgeführt habt, aber die Nebenbedingung(en) gehören trotzdem zum Gleichungssystem dazu.
Frage beantwortet
Klausi123

Klausi123 aktiv_icon

16:40 Uhr, 05.07.2014

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Okay also habe ich die folgenden Gleichungen:

1.)L'x= 1-2xλ_1 -λ_2 =0

2.)L'y= 1-4yλ_1 -λ_2 =0

3.)L'z= -2zλ_1 -λ_2 =0

4.)x2+2y2+z2 −1 =0

5.) x+y+z−1 =0

Wie gehe ich da nun heran? Gibt es da eine Art Rezept an dem ich mich entlang hangeln kann um solch ein Gleichungssystem zu lösen?
Antwort
Mathe-Steve

Mathe-Steve aktiv_icon

16:49 Uhr, 05.07.2014

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Allgemein versucht man die Parameter so schnell wie möglich zu eliminieren, also eine nach λ1 auflösen, in eine andere einsetzen, diese nach λ2 auflösen und in eine andere einsetzen.
Dann beiben drei Gleichungen in x,y und z.
Klausi123

Klausi123 aktiv_icon

16:58 Uhr, 05.07.2014

Antworten
Ich habe jetzt mal die Gleichung -2zλ_1 -λ_2 =0 nach λ_2 aufgelöst und erhalte -2zλ_1 = λ_2 Das wiederum habe ich in
1- 4yλ_1 -λ_2 =0 eingesetzt und nach λ_1 aufgelöst. Da habe ich λ_1 =1-4y+2z raus. Ist das bis hier hin korrekt? Danke für deine Hilfe.
Antwort
Mathe-Steve

Mathe-Steve aktiv_icon

18:48 Uhr, 05.07.2014

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Vorzeichenfehler: λ1=14y-2z
Klausi123

Klausi123 aktiv_icon

19:02 Uhr, 05.07.2014

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Danke, ich versuche nachher mal an dieser Stelle weiterzumachen und poste mein Ergebnis dann hier.
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