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Leslie-Matrix-Aufgaben! Fliegenpopulation

Schüler Allgemeinbildende höhere Schulen,

Tags: Fliegenpopulation, Leslie Matrix, Matrix, matriz, Population, Prüfung

 
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MissMaddie

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14:13 Uhr, 10.05.2012

Antworten
Hallo Leute, ich habe mich hier mal im Forum angemeldet, da ich dringend Hilfe benötige. Ich habe hier eine Prüfungsaufgabe die ich leider nicht lösen kann. Ich hoffe jemand von euch kennt sich besser mit dem Thema Matrizen aus, als ich es tue!
Ich wäre euch sehr dankbar, wenn ihr mir Tipps geben könntet, wie ich diese Aufgabe lösen kann, ich stehe nämlich total auf dem Schlauch. Anbei ist die Aufgabe als Bilddatei.
Danke schonmal :-)
Liebe Grüße
Maddie

matheprüfungsaufgaben - Kopie

Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich möchte die Lösung in Zusammenarbeit mit anderen erstellen."
Hierzu passend bei OnlineMathe:

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

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12:34 Uhr, 12.05.2012

Antworten
Hallo Maddie,

hast Du denn schon mal die Übergangsmatrix für diese Aufgabe aufgestellt?

Gruß, Matlog

MissMaddie

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17:50 Uhr, 12.05.2012

Antworten
meinst du den Übergangsgraphem? ja das habe ich versucht, jedoch verwirren mich all die Angaben, also komme ich nicht weiter.
Antwort
Matlog

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17:54 Uhr, 12.05.2012

Antworten
Übergangsgraph und dann daraus Übergangsmatrix.
Es gibt sechs Zustände:
Ei, Larve 1, Larve 2, Larve 3, Puppe, Fliege.

Wie lange hast Du Zeit für diese Aufgabe? Ich kann mich vielleicht morgen, eher ab Dienstag darum kümmern!
Antwort
Matlog

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18:15 Uhr, 12.05.2012

Antworten
Ich hoffe, Du hast schon einmal aus einem Übergangsgraphen eine Übergangsmatrix aufgestellt!

In der oben erwähnten Reihenfolge, lese ich aus dem Aufgabentext folgende Matrix heraus:

(0000050a000000b000000c000000d000000e0.7)
mit noch unbekannten Übergangswahrscheinlichkeiten a,b,c,d,e.
MissMaddie

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21:47 Uhr, 12.05.2012

Antworten
ja an der matrix saß ich die ganze zeit, aber so wie du hab ich das noch nie gemacht. und wie kann man diese unbekannten zahlen herausfinden? und was geschieht als nächstes? du hast mir jetzt schon sehr geholfen :-) danke schonmal.
MissMaddie

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21:52 Uhr, 12.05.2012

Antworten
ich hab jetzt noch ca 2 wochen dafür zeir. wenn du mir da wirklich richtig helfen könntest wär das klasse! da wäre ich dir sehr dankbar :-) aber stress dich nicht
Antwort
Matlog

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13:02 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Hallo Maddie,

so, jetzt kann´s los gehen!

Die a,b,c,d,e sind alles Zahlen zwischen 0 und 1, die Du im Prinzip beliebig wählen kannst. Jedes Mal ergibt sich dann eine etwas veränderte Aufgabe.
In der Aufgabenstellung ist von der Entwicklung von mindestens zwei Modellen die Rede. Das verstehe ich als unterschiedliche Wahlmöglichkeiten dieser Zahlen a,b,c,d,e.

Diese Zahlen haben einen entscheidenden Einfluss auf das Langzeitverhalten der Population. Wählt man sie groß, dann vermehren sich die Fliegen immer mehr. Wählt man sie klein, sterben die Fliegen langfristig aus. Nur bei einer sehr speziellen Wahl bleibt die Fliegenpopulation stabil.
Als Beispiel würde ich Dir empfehlen:
a=0,4
b=0,5
c=0,5
d=0,3
e=0,2

Ich kann Dir die Bedingung nennen, unter der die Population stabil bleibt. Dazu könnte ich Dir noch den Grenzwert der Matrix An angeben (sogar für beliebige Wahl von a,b,c,d,e).

Nur weiß ich jetzt nicht, ob es vielleicht schlauer wäre, wenn Du Dich erst einmal selbst einarbeitest?

Wie sieht es mit den Grundlagen aus?
Hast Du verstanden, wie die Matrix entstanden ist? Weißt Du, was man damit wie berechnen kann? Beherrschst Du die Technik der Matrizenmultiplikation?

Im Forum habe ich noch zwei Beiträge entdeckt, die vielleicht hilfreich sein könnten. Der erste enthält ein einfacheres Beispiel, der zweite verweist auf weitere Informationen.
http//www.onlinemathe.de/forum/Fixpunkte-einer-Leslie-Matrix-bestimmen
http//www.onlinemathe.de/forum/stabile-Generationen-Verteilung

Gruß, Matlog
MissMaddie

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13:44 Uhr, 15.05.2012

Antworten
hi matlog, wow danke schonmal.
also ja ich habe verstanden, wie die matix gebildet wurde.
damit kann ich dann doch mit dem startvektor die nächste population ausrechnen oder? in dem ich sie multipliziere!? das kann ich wenn der starkvektor der hier ist:

0
0
0
0
0
10

warum kann man sich denn die werte a-e beliebig aussuchen? sowas haben wir in der schule noch nie gemacht.
und wie geht es dann weiter, nach der multiplikation?
liebe grüße
maddie
Antwort
Matlog

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14:05 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Durch die Wahlmöglichkeiten von a-e in der Matrix hast Du eigentlich unendlich viele verschiedene Aufgaben (und Matrizen).
Du kannst Dir jetzt (zunächst) Werte aussuchen und damit eine dieser Aufgaben betrachten. Du kannst natürlich auch den Ehrgeiz haben, die Aufgabe für beliebige a-e zu lösen, also alle möglichen Aufgaben.

Wie interpretierst Du denn jetzt die Aufgabenstellung, mindestens zwei Modelle zu entwickeln?

Für den Anfang solltest Du mein Beispiel nehmen und mit der Startpopulation die Populationen nach einer, zwei , drei,... Entwicklungsperioden berechnen.
MissMaddie

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14:10 Uhr, 15.05.2012

Antworten
also ich finde die idee klingt gut, zwei modelle mit eben 2 unterschiedlichen möglichkeiten durchzurechnen, anders kann ich mir das jetzt auch nicht vorstellen.ist denn der startverktor richtig? wenn er es ist komme ich auf einen neuen vektor :

500
0
0
0
0
7

das kann doch nciht stimmen oder?

wie lange dauert denn eigentlich eine entwicklungsperode? 15 tage?
Außerdem verstehe ich nicht, was damit gemeint ist, dass die überlebensrate der erwachsenen fruchtfliegen PRO ENTWICKLUNGSSCHRITT 70 prozent ist, oder auch dass die PRO ENTWICKLUNGSSCHRITT 50 eier legen, wie ist denn das gemeint?
Antwort
Matlog

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14:15 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Dein berechneter Vektor ist richtig! Was bedeuted er?

In I) steht: Ein Entwicklungsschritt umfasse drei Tage.
Also nach jeweils drei Tagen tritt eine Veränderung ein, deren Übergang durch die Matrix beschrieben wird.
MissMaddie

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14:18 Uhr, 15.05.2012

Antworten
also gibt es nach 3 tagen 500 eier und nur 7 fliegen?
kann denn das sein? beim nächsten schritt wären es dann aber doch nur noch 350 eier und 4,9 fliegen. ist das nciht unlogisch?
Antwort
Matlog

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14:21 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Unlogisch nur in dem Sinne, dass es keine 4,9 Fliegen gibt. (Wir wollen ja nicht einer ein Bein ausreißen!)
Das ist ein Problem des gesamten Modells. Aber man kann trotzdem einfach weiter rechnen.
Nach 2 Perioden sind aber auch noch Larven1 entstanden, oder?
MissMaddie

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14:23 Uhr, 15.05.2012

Antworten
ok, dann runde ich auf 5 auf :-)
wie sind denn die larven nun entstanden? in meiner rechnung komme ich leider nicht darauf
Antwort
Matlog

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14:27 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Runden ist keine so gute Idee, zumindest jetzt noch nicht!
Hast Du das a in der zweiten Zeile der Matrix übersehen?
MissMaddie

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14:34 Uhr, 15.05.2012

Antworten
ahhh ja danke :-) hab ich glatt übersehen. gut also kommen pro entwicklungsschritt immer neue larven oder fliegen hinzu. ich verstehe.
und wie weit soll ich rechnen? bis ich überall einen wert habe oder noch weiter?
Antwort
Matlog

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14:39 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Zunächst ist sicher das Ergebnis nach 6 Schritten sehr interessant, weil dann das Ganze einmal "rund gelaufen" ist.
Aber dann kannst Du immer weiter rechnen, bis Du merkst, was da passiert.
Bei meinen Werten für a-e sollte sich irgendwann nicht mehr viel verändern, d.h. alles wird stabil. Bei größeren Werten für a-e werden die Zahlen in den Vektoren mit der Zeit immer größer und größer, bei kleineren gehen sie gegen Null (Population stirbt aus).
MissMaddie

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14:42 Uhr, 15.05.2012

Antworten
super ich glaube bis jetzt habe ich alles verstanden.
wie bist du eigentlich auf deine überlebensraten gekommen?
Und weißt du zufällig auch, wie genau dieser übergangsgrapf aussehen soll? Und wie ich daran das alles erklären soll?
Antwort
Matlog

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14:50 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Wie ich darauf gekommen bin, würde ich lieber erklären, wenn Du schon weiter gerechnet hast.
Der Übergangsgraph ist nur eine Art der Darstellung (im Vergleich zur Matrix).
Du zeichnest die 6 Entwicklungsschritte (nebeneinander oder im Kreis) und verbindest diese mit Pfeilen gemäß ihren Übergangswahrscheinlichkeiten (die man an die Pfeile schreibt).
MissMaddie

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15:02 Uhr, 15.05.2012

Antworten
also ich habe jetzt bis schritt 6 gerechnet
mein vektor sieht nun so aus:
2187500000
17500000
175000
1750
6
4,17649

richtig soweit?
Antwort
Matlog

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15:14 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Die unteren beiden Komponenten sehen gut aus. Aber die oberen vier scheinen mir alle viel zu groß! Da scheint ein systematischer Fehler drin zu sein.
Wir nennen mal den Startvektor a0. Schreibe bitte Deine Ergebnisse für a1 bis a6.
MissMaddie

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15:19 Uhr, 15.05.2012

Antworten
a1:
500
0
0
0
0
7

a2:
350
200
0
0
0
4.9

a3:
17500
140
100
0
0
3,43

a4:
875000
7000
40
50
0
2,401

a5:
43750000
350000
3500
20
15
1,6807

a6:
2187500000
17500000
175000
1750
6
4,17649

Antwort
Matlog

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15:22 Uhr, 15.05.2012

Antworten
a1 und a2 stimmen. Bei a3 sind die erste und dritte Komponente falsch.
MissMaddie

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15:26 Uhr, 15.05.2012

Antworten
oh ja den fehler bei der ersten komponente habe ich gefunden, aber wieso ist die 3. falsch? ich rechne da doch: 0,5200 oder nicht?
Antwort
Matlog

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15:27 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Ja, sorry. Da hab ich mich verrechnet. Dritte Komponente war richtig!
MissMaddie

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15:32 Uhr, 15.05.2012

Antworten
okay. also dann würde mein a3 nun so aussehen:
245
140
100
0
0
3,43

und a4:
171,5
98
70
50
0
2,401

und so weiter, sieht das besser aus?
Antwort
Matlog

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15:34 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Jetzt klappt´s!
Erstmal viel Spaß beim Rechnen!
MissMaddie

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15:38 Uhr, 15.05.2012

Antworten
danke :-)
also a6 ist nun:
84,035
48,02
34,3
24,5
10,5
4,17649

ich hoffe jetzt stimmt's :-)
Antwort
Matlog

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15:42 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Stimmt!
Versuch ruhig mal weiter zu rechnen.
Ein Taschenrechner, der sowas kann, würde die Sache natürlich erleichtern.
Ich muss mich jetzt verabschieden. Ich schau mir gegen 18:00 Uhr Deine Ergebnisse an!
MissMaddie

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15:43 Uhr, 15.05.2012

Antworten
ja vielen vielen dank ich werde weiter rechnen. :-)
MissMaddie

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16:23 Uhr, 15.05.2012

Antworten
also ich habe jetzt bis a13 gerechnet und folgendes ergebnis:

175,4659324
64,4676928
38,845352
22,60168
7,47972015
3,963585954

puh, ich hoffe das reicht erstmal!? :-)

verrätst du mir nun, wie du auf die werte von a-e gekommen bist?

als nächstes würde ich dann zum beispeil einfach bei a-e kleinere werte nehmen, um zu zeigen, dass die population ausstirbt oder?



Antwort
Matlog

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18:08 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Ich habe das nicht kontrolliert, sieht aber in Ordnung aus.
Leider sieht man noch nicht, dass sich nur noch wenig verändert.
Ich suche mal eine Seite, wo Du das rechnen lassen kannst.

Weißt Du, wie man die Matrix A2 berechnet und was man mit ihr machen kann?
MissMaddie

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18:50 Uhr, 15.05.2012

Antworten
nein weiß ich nicht. was kann man denn mit ihr machen? wozu ist sie gut?
Antwort
Matlog

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19:08 Uhr, 15.05.2012

Antworten
A2 berechnet man AA, mit Matrixmultiplikation. Das geht wie bei Matrix*Vektor, nur jede Zeile von links jede Spalte von rechts. Dabei entsteht wieder eine Matrix gleicher Größe.Multipliziert man jetzt A2 mit dem Startvektor a0, dann ergibt sich sofort a2. Entsprechend ergibt Ana0=an.

Wir können also den von Dir berechneten Vektor a13 auch anders berechnen:
A13a0=a13
Unser Startvektor a0 ist ja extrem einfach. Wenn man eine beliebige Matrix mit ihm multipliziert, dann entsteht einfach das 10-fache der letzten Spalte dieser Matrix.

Der folgende link berechnet A13. Letzte Spalte mal 10 kannst Du ja im Kopf rechnen:

http//www.wolframalpha.com/input/?i=matrixpower%28{{0%2C+0%2C+0%2C+0%2C+0%2C+50}%2C+{0.4%2C+0%2C+0%2C+0%2C+0%2C+0}%2C+{0%2C+0.5%2C+0%2C+0%2C+0%2C+0}%2C+{0%2C+0%2C+0.5%2C+0%2C+0%2C+0}%2C+{0%2C+0%2C+0%2C+0.3%2C+0%2C+0}%2C+{0%2C+0%2C+0%2C+0%2C+0.2%2C+0.7}}%2C13%29

Wenn Du oben in der Mitte in den gelb-rot umrandeten Bereich klickst und ganz an das Ende der Zeile gehst, siehst Du die Zahl 13, die Du dann auch beliebig ändern kannst.
Später kannst Du auch die Matrix verändern.

Probier das mal aus!
MissMaddie

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19:14 Uhr, 15.05.2012

Antworten
wenn ich diesen link öffne steht da leider nur: Wolfram|Alpha doesn't know how to interpret your input.

aber das mit den A2 matrizen hab ich doch schonmal gehöhrt. das läuft ja auf das gleiche hinaus, wie das was mach quasi per hand ausrechnet oder?
MissMaddie

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19:15 Uhr, 15.05.2012

Antworten
was *man quasi per hand ausrechnet
Antwort
Matlog

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19:17 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Versuch doch mal die kompletten vier Zeilen in Deinen Browser zu kopieren (mit copy+paste).
Antwort
Matlog

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19:21 Uhr, 15.05.2012

Antworten
"http//www.wolframalpha.com/input/?i=matrixpower%28{{0%2C+0%2C+0%2C+0%2C+0%2C+50}%2C+{0.4%2C+0%2C+0%2C+0%2C+0%2C+0}%2C+{0%2C+0.5%2C+0%2C+0%2C+0%2C+0}%2C+{0%2C+0%2C+0.5%2C+0%2C+0%2C+0}%2C+{0%2C+0%2C+0%2C+0.3%2C+0%2C+0}%2C+{0%2C+0%2C+0%2C+0%2C+0.2%2C+0.7}}%2C13%29"

Das hier ohne die Anführungszeichen ins Adressfeld des Browsers.
MissMaddie

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19:21 Uhr, 15.05.2012

Antworten
nein das funktioniert leider auch nicht. was muss ich denn auf dieser homepage eingeben, damit ich auf ergebnisse komme?
Antwort
Matlog

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19:32 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Das klappt hier durch den Formeleditor nicht.
Ich hab´s Dir als Nachricht geschickt. Hoffe das klappt.
MissMaddie

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19:52 Uhr, 15.05.2012

Antworten
ja super, danke hat geklappt. die nachkommastellen sind etwas anders, aber ansonsten stimmt alles. aber warum ist diese matix so groß? ich habe nur den vektor
Antwort
Matlog

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21:02 Uhr, 15.05.2012

Antworten
In der Matrix An steckt noch mehr Information drin.
Dein Vektor an ist ja der Zustand der Fliegenpopulation nach n Perioden, wenn Du mit dem ganz speziellen Startvektor a0 beginnst.
An könntest Du mit jedem beliebigen Startvektor multiplizieren, auch wenn Du das für Deine Aufgabe hier gar nicht brauchst.

Wenn Du den Exponenten 1360 oder 90 änderst, dann siehst Du deutlich, worauf der Vektor an zuläuft und sich dann mit weiter steigendem n nicht mehr verändert. Das ist dann die langfristig stabile Fliegenpopulation.
MissMaddie

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21:12 Uhr, 15.05.2012

Antworten
achso okay :-)
aber was ich immer noch nicht verstehe ist, wie du auf die werte a-e kommst!??
Antwort
Matlog

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21:30 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Okay, aber da muss ich noch ein bisschen ausholen.
Der stabile Grenzvektor ist a=(20080402064)
Man prüft auch leicht nach, dass Aa=a,d.h. a ist eine stabile Verteilung.

Man sieht an diesem Vektor sehr schön den Einfluss der Zahlen a,...,e.
4 Fliegen legen 200 Eier, daraus werden 200a=80 Larven1, 80b=40 Larven2, 40c=20 Larven3, 20d=6 Puppen. Nur 6e=1,2 ergibt nicht die 4 Fliegen, die den Kreislauf wieder von vorne beginnen lassen würden.

Ursache dafür ist die "böse" 0,7 unten rechts in unserer Matrix. In einer klassischen Leslie-Matrix müsste hier eigentlich eine Null stehen.

Fortsetzung folgt...
MissMaddie

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21:48 Uhr, 15.05.2012

Antworten
aber woher weiß man denn vorher, was der stabile vektor ist?
Antwort
Matlog

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21:59 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Beschäftigen wir uns kurz mit der Leslie-Matrix A´, die unten rechts eine Null statt der 0,7 hat.
Hier entstehen aus einer Fliege 50 Eier, daraus 50a Larven1, daraus 50ab Larven2, dann 50abc Larven3, daraus wieder 50abcd Puppen und dann wieder 50abcde Fliegen.
Es gibt also genau dann eine stabile Fliegenpopulation, wenn 50abcde=1, woraus sich ja ein geschlossener Kreislauf ergibt.
Unter der Bedingung 50abcde=1 gilt dann sogar (A´) ^6=E, wobei E die Einheitsmatrix mit Einsen auf der Hauptdiagonale und Nullen sonst ist.

Nun hat unsere Matrix aber nun einmal diese 0,7 unten rechts. 70% der Fliegen überleben und produzieren munter weitere Eier. Deshalb müssen pro Entwicklungsperiode nur 30% der Fliegen im Kreislauf reproduziert werden. Eine stabile Population entsteht deshalb nur unter abgeänderten Bedingung 50abcde=0,3.
Für die mathematischen Experten: Diese Bedingung sorgt dafür, dass der (größte) Eigenwert der Matrix gleich 1 entsteht.

Wenn nun gilt 50abcde>0,3, dann vermehren sich die Fliegen ins Unendliche. Bei 50abcde<0,3 sterben sie langfristig aus.
Das gilt sogar dann, wenn der Unterschied zu 0,3 nur in einer hinteren Nachkommastelle stattfindet (dann nur entsprechend langsam)!
Antwort
Matlog

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22:17 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Einen stabilen Vektor x kannst Du unabhängig davon immer durch die Lösung des folgenden LGS suchen:
Ax=x
Eine vom Nullvektor verschiedene Lösung dieses Gleichungssystems existiert aber nur unter der Bedingung 50abcde=0,3.
MissMaddie

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22:31 Uhr, 15.05.2012

Antworten
okay nach 3 mal durchlesen, hab ich das auch verstanden. ist es denn auch möglich die zahlen zu vertauschen, zb so:
a=0,5
b=0,2
usw??

Antwort
Matlog

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22:36 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Ja, selstverständlich! Auch andere Zahlen kannst Du nehmen, aber eben mit 50abcde=0,3, um Stabilität zu erzielen.
Das ist übrigens auch völlig unabhängig vom Startvektor.
MissMaddie

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22:39 Uhr, 15.05.2012

Antworten
oh super, das ist ja sehr gut zu verstehen :-)
dann haben wirs ja bald geschafft :-) nur noch ein paar kleine fragen, wenn du noch ein bisschen geduld übrig hast:
die letzten beiden punkte der aufgabe verstehe ich noch nciht ganz. zum einen soll ich dort die fehlenden übergangsraten erklären, ist damit gemeint, wie ich auch meine werte komme?

und bei dem letzten punkt:
was sind die grenzen des modells und wie mache ich eine aussage über das langzeitverhalten?
Antwort
Matlog

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22:47 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Wenn Du die Bedingung 50abcde=0,3 diskutierst, dann hast Du die Wahl der Übergangswahrscheinlichkeiten sicher genügend erklärt.
Das Langzeitverhalten ist ja auch genau das, was wir die ganze Zeit untersucht haben.

Grenzen des Modells:
Spontan würden mir zwei Dinge einfallen:
Das Problem mit den Kommazahlen ist Dir ja schon aufgefallen.
Für 50abcde>0,3 vermehren sich die Fliegen immer und immer weiter. Irgendwann geht das natürlich rein technisch gar nicht mehr.
MissMaddie

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22:51 Uhr, 15.05.2012

Antworten
ohh ja natürlich, bin ich doof :-)
stimmt klingt alles logisch.
wow super soweit habe ich alles verstanden. ich werde das morgen alles sauber ausarbeiten.

ich kann dir gar nicht genug danken, dass du dir so viel zeit genommen hast für mich! wieso machst du das eigentlich? sowas gibt es wirklich selten :-)
Antwort
Matlog

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22:54 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Du hast Dich nicht nur für die Lösung interessiert, sonder warst immer sehr bemüht alles zu verstehen!
Damit ist auch mein Ziel erreicht!
MissMaddie

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22:57 Uhr, 15.05.2012

Antworten
vielen vielen dank für alles! so viel geduld hat kaum einer mit mir :-)
falls die tage ncoh mal fragen aufkommen, kann ich denn nochmal hier schreiben?
ich habe gerade gesehen, dass sie lehrer sind, also entschuldige ich mich, dass ich sie geduzt habe, das wusste ich nicht.

aber trotzdem danke sehr, das hat mir wirklich meine prüfung gerettet!
Antwort
Matlog

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23:00 Uhr, 15.05.2012

Antworten
Na klar, Du kannst weiter fragen!
Das "Du" ist vollkommen okay und hier üblich.
Und auch das "Lehrer" setze ich jetzt bewusst in Anführungsstriche.
MissMaddie

MissMaddie aktiv_icon

23:02 Uhr, 15.05.2012

Antworten
noch eine Frage
MissMaddie

MissMaddie aktiv_icon

12:18 Uhr, 22.05.2012

Antworten
Hey, ich ins nochmal. also ich habe das ansich alles gut verstanden und soweit aufgeschrieben.
ich wollte aber noch einmal nachfragen, wie das mit dieser rechnung: 50xaxbxcxdxe=0,3 ist. ich habe verstanden, dass man das so rechnen muss, aber nciht genau warum.

0,3 und 0,7 ergeben ja 1. warum muss denn nun in der Hauptdiagonale unten eine 1 rauskommen, damit die population stabil bleibt?

danke schonmal, Maddie
Antwort
Matlog

Matlog aktiv_icon

12:59 Uhr, 22.05.2012

Antworten
Ja, sehr gut! Deine Frage trifft den mathematisch entscheidenden Punkt.

Leider steckt da aber die Theorie der Eigenwerte einer Matrix dahinter, die in der Schule nicht behandelt wird.
Der betragsmäßig größte Eigenwert einer Übergangsmatrix bestimmt das Langzeitverhalten. Die Bedingung 50abcde=0,3 sorgt für den Eigenwert 1.
Eigenwert 1 bedeuted, dass die Gleichung Ax=1x (außer x=0 noch weitere) Lösungen hat. Und dies ist ja gerade die Bedingung für eine stabile Verteilung.

Diese Berechnung der Eigenwerte kann von Dir aber niemand ernsthaft erwarten. Deshalb habe ich versucht, das anschaulich zu erklären (siehe 15.5. 21:59 Uhr).

Wenn in der Matrix unten rechts die Null steht, ist die Bedingung 50abcde=1 durch die Berechnung von A6 sofort einsichtig. Dann werden 100% der Fliegen durch den Kreislauf wieder ersetzt.
Wenn aber in jedem Entwicklungsschritt 70% der Fliegen überleben, müssen in jedem Entwicklungsschritt quasi nur 30% durch den Kreislauf ersetzt werden.
Das ist jetzt keine streng mathematische Erklärung, aber doch sehr anschaulich, wie ich finde.
MissMaddie

MissMaddie aktiv_icon

13:57 Uhr, 22.05.2012

Antworten
ahh jaa super, vielen dank, das hat mir die ganze zeit sorgen bereitet, jetzt ist es klar! aber warum genau muss da mit den 50 eiern multipliziert werden?
Antwort
Matlog

Matlog aktiv_icon

14:06 Uhr, 22.05.2012

Antworten
Weil 1 Fliege 50 Eier legt.
Der Zyklus soll von 1 Fliege 0,3 Fliegen wieder ersetzen.
1 Fliege legt 50 Eier, ergibt 50a Larven1,...,50*a*b*c*d Puppen und wieder 50abcde neue Fliegen.
MissMaddie

MissMaddie aktiv_icon

14:14 Uhr, 22.05.2012

Antworten
ah ja natürlich :-) okay jetzt hab ichs wirklich, danke nochmal, ohne dich wäre ich total aufgeschmissen :-)
Antwort
aleph-math

aleph-math aktiv_icon

16:29 Uhr, 26.05.2012

Antworten
Gu. Tag!
Ich wollt mich ja viel früher einschalten, nur waren d. Umstände (Arbeit, Hardware) dagegen ;-( Ich hab auch überlegt, ob ein eig. Thema nicht passender wäre, aber dann hätte man dort vieles wiederholen müssen...

Also, mathem. scheint(?) alles klar zu sein, ein Kommentar u/o. Frage sei dennoch erlaubt, in 1. Linie an uns. geduld. Lehrer "matlog".

a) Ein (prog.barer) TR mit Matrizenrech. ist m.M. nicht nur besser, sond. unbedingt nötig, denn:
Eine m*m Matrixmult. erfordert m3 Multipl. u. ebensoviel Addit. Mit m=6 wie hier sind das insges. 432 Operationen, bei A13 sogar 5184! "zu Fuß" ist das abs. unzumutbar, d.schule ist ja schließl. kein Arbeitslager, oder?!

b) Immer wieder spannend ist, wie sich Lehrpl über Zeit & Ort ändern. Ich hab Abitur/Matura v. 40 J. in München gemacht, da hatten wir zwar Eigenw. (übr. enes d. wenigen dt. Fremdw. in Englisch!), aber keine L.-Matrizen; Wachstum war da auf Zinseszins u. radiokt. Zerfall u.ä. beschränkt...

c) Ich lese & löse d. Aufg. daher anders: Jede Entwickl.phase dauert 3 Tage, d. geamte Generat.wechsel also T=15 d. In jeder Phase gehen 30% ein, d. Reprod.faktor betraegt also q=1+0,75=1,168 . Jede Fliege legt pro Phase 50 Eier, d. Startwert f.d. 2.Generation ist also N0=2500. Nach dem "klass." Modell ergibt sich dann f.d. n-te Gener.:
N=N0qn=25001,168n ; mit n>>1.
Nach 10 Gen. =150 d haben wir also zB. N10=...

** Akku schwach, to be cont. **

...weiter geht's...
N10=25001,16810=25004,72511813 Fliegen, richtig?

Einen Nachteil hat d. Modell freilich: es gibt zwar eine Reprod.rate, aber keine Lebensdauer d. erwachs. Fliegen. Wie beim Zinseszins d. Kapital, bleiben hier d. Fliegen "ewig" erhalten. Man könnte annehmen, daß sie nach 1 (o. 2) Gen. ihren Zweck erfüllt haben u. eingehen..
Das u. einige and. Beding. (wie Nahrungs- & Platzvorrat) kann/müßte man ins "logist." Modell übernehmen, aber das überlass ich (vorlf.) anderen..;-)

d) Maggies Lob kann ich mich nur anschließen; ein so gedulg. & ausdauer. "Lehrer" ist auch hier nicht selbstverst., in d. Schule ganz zu schweigen... :-(

NiFU, viel Erfolg & ein schönes, langes WE!
Sonnige Grüße aus Wien!
MissMaddie

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19:49 Uhr, 26.05.2012

Antworten
Halli, das ist sehr nett, dass Sie diesen Beitrag kommentieren, und sich mit meiner Aufgabe beschäftigt haben, allerdings kann ich Ihren rechenweg nicht richtig nachvollziehen, die Formeln und Werte, die Sie verwenden kenne ich nicht. Ist das nur ein anderer Weg meine AUfgabe zu lösen, oder kommen auch andere Ergebnisse dabei raus?

Ja die Lehrpläne scheinen sich wirklich sehr oft zu verändern ;-)

Liebe Grüße, Maddie
MissMaddie

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19:55 Uhr, 30.05.2012

Antworten
hallo matlog, falls du da bisat, kannst du mir vielleicht nochmal erklären, wie man auf eine stabile population kommt, unnhängig von den werten hier ?
danke schonmal
Antwort
Matlog

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01:14 Uhr, 31.05.2012

Antworten
Zu einer Übergangsmatrix A heißt ein Zustand x stabil, wenn gilt:
Ax=x.
Nach einer vergangenen Zeiteinheit kommt also derselbe Ausgangszustand wieder heraus. Es ändert sich nichts, der Zusatand bleibt also stabil.
Ax=x ist ja ein lineares Gleichungssystem. Um es zu lösen muss das x von der rechten Seite nach links. Über Matrizenrechnung erreicht man das mit der Einheitsmatrix E (Einsen auf der Hauptdiagonale, Nullen sonst):
(A-E)x=0
Leichter zu verstehen ist es vielleicht, wenn man mit x=(x1x2...xn)
Ax=x als n Gleichungen schreibt und in jeder Gleichung xi durch Subtraktion nach links bringt.
Dieses Gleichungssystem muss man dann lösen, z.B. indem mam es auf Dreiecksform bringt.
Falls ein stabiler Zustand existiert, dann wird automatisch die letzte Zeile 0=0, es entstehen also unendlich viele Lösungen.
Bei den meisten Aufgaben ist aber nur eine Lösung interessant, weil noch eine zusätzliche Bedingung an die xi erfüllt sein muss, z.B. x1+x2+...+xn=1 oder x1+x2+...+xn= eine feste Gesamtzahl. Diese Zusatzbedingung nimmt man dann noch dazu und bestimmt die stabile Verteilung.

Das ist so allgemein schwer zu beschreiben. Vielleicht ist es an einem Beispiel einfacher.
MissMaddie

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01:31 Uhr, 31.05.2012

Antworten
das ging ja schnell :-) also ich hab mal eine aufgabe als beispiel hochgeladen. es geht dabei nur um aufgabe e.)

fischpopulationaufgabe
Antwort
Matlog

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01:54 Uhr, 31.05.2012

Antworten
Also P(NJEA)=(NJEA), somit
(-10501000.25-10000.04-10000.5-1)(NJEA)=(0000)
Wenn Du nun unterhalb der Diagonalen (mit -1) Nullen herstellst, sollte sich die letzte Zeile 0=0 ergeben. Diese ersetzt Du durch die Zusatzbedingung J+E+A=106. Jetzt wieder auf Dreiecksform bringen und Du erhältst Werte für N,J,E und A, die stabile Verteilung.
MissMaddie

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15:18 Uhr, 31.05.2012

Antworten
Hallo Matlog!
danke für alles! Ich wollte dir nur mitteilen, dass ich eben gerade meine mündliche Matheprüfung hatte und ich habe 14 Punkte (also ne glatte 1) erreicht, und das nur deinetwegen :-D)

also vielen vielen Dank, ohne dich hätte ich das niemals geschafft!
Liebe Grüße und alles alles Gute,
Maddie
Antwort
Matlog

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15:27 Uhr, 31.05.2012

Antworten
Hallo Maddie,

ja super!!!
Das hört man gern, wenn die Hilfe solche Erfolge zeigt.
Aber die Note kann nicht NUR meinetwegen heraus gekommen sein. Ich war nämlich nicht in der Prüfung dabei! Du scheinst das dann schon gut rüber gebracht zu haben.

Viele Grüße und weiter viel Erfolg,
Matlog

MissMaddie

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15:33 Uhr, 31.05.2012

Antworten
ja danke, aber trotzdem hätte ich ohne dich gar nicht erst so sicher in die prüfung gehen können :-D)

also nochmals danke :-)
Maddie
Frage beantwortet
MissMaddie

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15:37 Uhr, 31.05.2012

Antworten
:-) so hab nochmal eben deine hilfe hier bewertet, natürlich mit sehr gut