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2x2 Matrix für bestimmte Gleichung mit Solver

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Sonstiges

Tags: Gleichung., Matrix, Solver

 
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blume123

blume123 aktiv_icon

12:21 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Hi Ich hätte eine Frage.
Die Aufgabe lautet :

Ermitteln Sie mit dem Solver eine 2x2 Matrix X, welche die Gleichung X2=A löst, wobei:
a)
Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich bräuchte bitte einen kompletten Lösungsweg." (setzt voraus, dass der Fragesteller alle seine Lösungsversuche zur Frage hinzufügt und sich aktiv an der Problemlösung beteiligt.)
Hierzu passend bei OnlineMathe:

Online-Übungen (Übungsaufgaben) bei unterricht.de:
 
Online-Nachhilfe in Mathematik
Antwort
michaL

michaL aktiv_icon

12:23 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Hallo,

das geht schrittweise wie folgt:
a)

Mfg Michael
blume123

blume123 aktiv_icon

12:26 Uhr, 17.05.2021

Antworten
leider kann ich die antort nicht ganz sehene, aber meine eigene frage ist komischerweise auch nur halb zu sehen ...
Antwort
N8eule

N8eule

12:28 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Das von michaL dürfte Absicht sein, um dich aufmerksam zu machen,
> dass dein a) genauso wenig aussagt,
> dass man seine Aussagen durchlesen sollte, um deren Sinnlosigkeit zu mäßigen (Entschuldigung).

blume123

blume123 aktiv_icon

12:32 Uhr, 17.05.2021

Antworten
ja tut mir leid. also in meiner vorschau stand eigentlich auch der Rest der Aufgabe.
also es hat jedenfalls nur noch gefehlt dass ich eine 2x2 Matrix A gegeben habe die lautet

2−2
−2 2

und dazu soll Ich eben mit dem Solver eine Matrix X herausfinden die die Gleichung X2=A erfüllt.

Antwort
Matlog

Matlog aktiv_icon

13:59 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Wenn der "Solver" X2=(2-2-22) nicht lösen kann, dann setze
X=(abcd) und schreibe deine Matrixgleichung als 4 Gleichungen mit 4 Unbekannten.
Lasse dann den "Solver" dieses Gleichungssystem lösen!
(Dieses kann man auch noch ganz gut per Hand lösen.)
blume123

blume123 aktiv_icon

14:06 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Verstehe leider nicht ganz wie ich daraus eine Gleichung machen soll, bzw was ichdann als zielzell und wasals veränderbare variablenzelle nehmen soll....
blume123

blume123 aktiv_icon

14:07 Uhr, 17.05.2021

Antworten
weil in der Zielzelle muss ja eine Formel stehen oder ?
Antwort
Matlog

Matlog aktiv_icon

14:13 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Ich kenne deinen "Solver" nicht!

Mein Vorschlag war:
(abcd)(abcd)=(2-2-22)
als 4 Gleichungen mit 4 Unbekannten zu schreiben, indem du die Matrixmultiplikation ausführst.
blume123

blume123 aktiv_icon

14:20 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Ich meine den Solver auf Excel. Und da muss ich ja immer eine Zielzelle usw. angeben.
Antwort
Matlog

Matlog aktiv_icon

14:26 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Da ich Excel nicht für sowas nutze, kann ich dir da leider nicht helfen!
(Mir ist noch nicht mal bekannt, dass Excel das kann.)
Aber da findet sich sicherlich schnell ein anderer Helfer!?
blume123

blume123 aktiv_icon

14:28 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Achso. Dann haben wir eh ein bisschen aneinander vorbeigeredet, aber danke trotzdem für deine antworten!
Ich hoffe jemand kann mir helfen, weiß leider gar nicht wie ich daran gehen soll und muss es bald abgeben.
Antwort
Matlog

Matlog aktiv_icon

14:32 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Die Lösungen kann ich dir sagen.
Das hätte aber dann gar keinen Lerneffekt!
blume123

blume123 aktiv_icon

14:37 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Naja selbst mit Lösung müsste ich dass immer noch schaffen mit Excel zu lösen...
Antwort
Matlog

Matlog aktiv_icon

14:41 Uhr, 17.05.2021

Antworten
Meine Empfehlung:
Stell deine Aufgabe nochmal neu ein (mit Erwähnung von Excel).
Das geht dann vermutlich schneller!
Antwort
Roman-22

Roman-22

19:03 Uhr, 17.05.2021

Antworten
> Stell deine Aufgabe nochmal neu ein
Die Frage hier im Forum zu duplizieren halte ich eher für einen suboptimalen Tipp. Genau das sollte ja tunlichst vermieden werden.

Zur Frage selbst möchte ich vorausschicken, dass ich Excel (trotz der vielen zur Verfügung stehenden mathematischen Funktionen) für ein völlig unzureichendes Werkzeug halte, wenn es um mathematische oder technische Anwendungen geht.
Ich verwende daher Excel recht selten und nie um mathematische Probleme damit zu lösen, weswegen die von mir nachstehend angebotene Lösung vermutlich komplizierter als nötig ist. Ich halte sie jedenfalls für unzureichend. Vor allem, wenn ich daran denke, dass es sich ja auch um 10x10 Matrizen handeln könnte (99 zusätzliche "Nebenbedingungen" einzeln eintragen zu müssen würde ich jedenfalls verweigern).

1) Trage zB in B1:C2 Anfangswerte (Schätzwerte) für die gesuchte Matrix an, mit denen der Solver sich dann später spielen soll. Je nach eingetragenen Werten erhältst du dann am Ende eine der beiden möglichen Lösungen.

2) Trage zB in B4:C5 die Werte der Matrix A ein

3) Markiere den (noch leeren) Bereich B7:C8 und gib in der Eingabezeile die Formel
=MMULT(B1:C2;B1:C2)-B4:C5
ein und schließe die Eingabe mit Strg-Shift-Enter ab, um eine Matrixformel zu erzeugen. Die Formel sollte danach in geschwungenen Klammern stehen. Wenn ich mich richtig erinnere, ist diese Tastenkombination bei neueren Excel-Versionen nicht mehr nötig, aber ich verwende noch Office 2016.
Anmerkung: Natürlich ist es generell sinnvoller, den Bereichen Namen zu geben und die Formel dann zB als =MMULT(X;X)-A schreiben zu können.
Im Bereich B7:C8 sollte danach jedenfalls das Ergebnis von XX-A stehen. Wenn X bereits die Lösung ist, sollte dort viermal die Null stehen. Das wird jetzt bei zufällig gewählten Anfangswerten aber noch nicht so der Fall sein, dass ist eben das Ziel für den Solver.

4) Jetzt kommt der Solver ins Spiel und gleichzeitig auch meine mangelnden Excel-Kenntnisse. Ich mag nicht glauben, dass es da nicht eine vernünftigere Lösung gibt. Allerdings habe ich auf die Schnelle keine gefunden.

a) Starte den Solver und trage als Ziel eine Zelle der zuletzt erzeugten Matrix ein, zB $B$7. Darunter dann "Wert" anklicken und 0 eintragen.

b) Unter "Durch Ändern von Variablenzellen:" wird die Matrix X, also B1:C2 eingetragen

c) Dass die anderen drei Matrixwerte auch Null sein müssen, kann man einzeln als Nebenbedingung angeben. Das ist nicht sonderlich elegant und bei größeren Matrizen eigentlich unzumutbar. Ich habe aber leider keine Möglichkeit gefunden, direkt die Gleichheit zweier Matrizen als Ziel für den Solver festzulegen.

d) Wichtig ist noch, dass du das Häkchen bei "Nicht eingeschränkte Variablen als nicht-negativ festlegen" entfernst, da das Ergebnis auf jeden Fall auch negative Werte enthalten wird.

e) Der Algorithmus sollte GRG-nichtlinear sein und unter den Optionen kannst du noch die Genauigkeit ("Konvergenz") und die Gewichtung der Nebenbedingungen ändern, da mit den Standardeinstellungen das Ergebnis doch recht ungenau ist.

f) Nach einem Klick auf "Lösen" und einer kurzen Wartezeit solltest du dann eine numerische Näherungslösung im Bereich B1:C2 sehen, die du mit Klick auf "OK" übernehmen kannst.

Die Lösung, die Excel im beigefügten Bild auswirft, sollte natürlich exakt (-111-1) sein, aber ein Wert im Bereich von 10-11 im Zielbereich wird von Excel als "Null genug" angesehen. Ich habe nicht ausprobiert, wie sehr man dieses Ergebnis durch Änderung der Werte in den Optionen noch verbessern kann.


Vielleicht gibts hier aber auch noch einen Mitleser, der Kundiger im Umgang mit Excel ist und eine praktikablere Lösung anbieten kann, die gleichermaßen auch mit größeren Matrizen funktioniert. Würde mich jetzt auch interessieren.




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B2
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