Kovács Judit ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA 137

Hasonló dokumentumok
Lineáris egyenletrendszerek

A Gauss elimináció M [ ]...

2. Gauss elimináció. 2.1 Oldjuk meg Gauss-Jordan eliminációval a következő egyenletrendszert:

4. Hatványozás, gyökvonás

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

5. Logaritmus. I. Nulladik ZH-ban láttuk: 125 -öt kapjunk. A 3 5 -nek a 3. hatványa 5, log. x Mennyi a log kifejezés értéke?

Lineáris algebra. (közgazdászoknak)

Matematika példatár 6.

2014/2015-ös tanév II. féléves tematika

2010/2011 es tanév II. féléves tematika

M. 2. Döntsük el, hogy a következő két szám közül melyik a nagyobb:

Lineáris algebra LI 1. Lineáris algebra. A diákon megjelenő szövegek és képek csak a szerző (Kocsis Imre, DE MFK) engedélyével használhatók fel!

Diszkrét matematika II., 5. előadás. Lineáris egyenletrendszerek

7. tétel: Elsı- és másodfokú egyenletek és egyenletrendszerek megoldási módszerei

MATEMATIKA 9. osztály I. HALMAZOK. Számegyenesek, intervallumok

Vektortér fogalma vektortér lineáris tér x, y x, y x, y, z x, y x + y) y; 7.)

Exponenciális és logaritmikus egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlôtlenségek

3. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 3. előadás Lineáris egyenletrendszerek

Informatika alapjai Tantárgyhoz Kidolgozott Excel feladatok

Els gyakorlat. vagy más jelöléssel

Házi feladatok megoldása. Automaták analízise, szintézise és minimalizálása. Házi feladatok megoldása. Házi feladatok megoldása

Gyakorló feladatsor 9. osztály

A motiválás lehetőségei az algebra tanításában

Mátrixok és determinánsok

PPKE ITK Algebra és diszkrét matematika DETERMINÁNSOK. Bércesné Novák Ágnes 1

Numerikus módszerek 2.

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

IX. A TRIGONOMETRIA ALKALMAZÁSA A GEOMETRIÁBAN

0.1 Deníció. Egy (X, A, µ) téren értelmezett mérhet függvényekb l álló valamely (f α ) α egyenletesen integrálhatónak mondunk, ha

Oszthatóság. Maradékos osztás

Vektorok. Vektoron irányított szakaszt értünk.

Wassily Leontieff Az amerikai gazdaság szerkezete c. úttörő munkájára támaszkodó modellek több száz egyenletet és ismeretlent tartalmaztak.

OPTIMALIZÁLÁS LAGRANGE-FÉLE MULTIPLIKÁTOR SEGÍTSÉGÉVEL

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Térbeli pont helyzetének és elmozdulásának meghatározásáról - I.

Néhány szó a mátrixokról

II. EGYENLETEK ÉS EGYENLŐTLENSÉGEK

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2010/2011 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) Az 1. forduló feladatainak megoldása

f (ξ i ) (x i x i 1 )

LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK október 12. Irodalom A fogalmakat, definíciókat illetően két forrásra támaszkodhatnak: ezek egyrészt elhangzanak

15. LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK

Algebrai struktúrák, mátrixok

SZENT ISTVÁN EGYETEM Gépészmérnöki Kar. Orova Lászlóné dr. Számítástechnika I. Tantárgyhoz Kidolgozott Excel feladatok. Gödöllő, 2004.

Juhász István Orosz Gyula Paróczay József Szászné Dr. Simon Judit MATEMATIKA 10. Az érthetõ matematika tankönyv feladatainak megoldásai

Házi feladatok megoldása. Harmadik típusú nyelvek és véges automaták. Házi feladatok megoldása. VDA-hoz 3NF nyelvtan készítése

Lineáris programozás

Vektoralgebra előadás fóliák. Elméleti anyag tételek, definíciók, bizonyítás vázlatok. Bércesné Novák Ágnes 1. Források, ajánlott irodalom:

Heves Megyei Középiskolák Palotás József és Kertész Andor Matematikai Emlékversenye évfolyam (a feladatok megoldása)

Gyökvonás. Hatvány, gyök, logaritmus áttekintés

FESZÍTŐMŰVES VASÚTI JÁRMŰALVÁZAK. Prof.Dr. Zobory István

Matematika III. Fejezetek a numerikus analízisből

2. modul Csak permanensen!

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Exponenciális és Logaritmusos feladatok

4. előadás: A vetületek általános elmélete

A BUX-index alakulása a 4. héten ( )

Lineáris programozás 2 Algebrai megoldás

összeadjuk 0-t kapunk. Képletben:

A vasbeton vázszerkezet, mint a villámvédelmi rendszer része

Vektorok (folytatás)

Bevezető, információk a segédlet használatához

A lecke célja... A vállalati gazdálkodás célja hét A monopolerő hatása a kínálati magatartásra

Megint a szíjhajtásról

MATEMATIKA FELADATLAP a 8. évfolyamosok számára

Lineáris egyenletrendszerek

II.4. A SZÁZHOLDAS PAGONY. A feladatsor jellemzői

Improprius integrálás

This article shows a new approximation cosinus theorem of geometry of Bolyai, Euclides and Riemann. From this pont of view these are special cases.

ALKALMAZÁSI SZINTEK I. ALKALMAZÁS MEGÉRTÉS MAGASABB RENDŐ MŐVELETEK. 1. változat ISMERET

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK EMELT SZINT Függvények Analízis

A torokgerendás fedélszerkezet erőjátékáról 2. rész

8. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, , oldal. 8. előadás Mátrix rangja, Homogén lineáris egyenletrendszer

1. feladat Oldja meg a valós számok halmazán a következő egyenletet: 3. x log3 2

a b a leghosszabb. A lapátlók által meghatározott háromszögben ezzel szemben lesz a

A torokgerendás fedélszerkezet erőjátékáról 1. rész

Lineáris egyenletrendszerek

Alkalmazott matematika, II. félév Összefoglaló feladatok I.

11. évfolyam feladatsorának megoldásai

LINEÁRIS ALGEBRA.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

VEKTOROK ÉS MÁTRIXOK

PÁLYÁZATI ÚTMUTATÓ. a Társadalmi Megújulás Operatív Program keretében

Mindig csak a kitevő?

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI MATEMATIKA ÚTMUTATÓ ÉRETTSÉGI VIZSGA EMELT SZINT% ÍRÁSBELI. ÉRETTSÉGI VIZSGA május 3. MINISZTÉRIUM NEMZETI ERFORRÁS

Győry Ákos: A Titu-lemma. A Titu-lemma. Győry Ákos Földes Ferenc Gimnázium, Miskolc

Határozott integrál. Newton -Leibniz szabály. alkalmazások. improprius integrál

9. Exponenciális és logaritmusos egyenletek, egyenlőtlenségek

Minta feladatsor I. rész

MÁTRIXOK DETERMINÁNSA, SAJÁTÉRTÉKE ÉS SAJÁTVEKTORA

GAZDASÁGI MATEMATIKA I.

Diszkrét matematika I., 12. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach november 30.

IV. Algebra. Algebrai átalakítások. Polinomok

(anyagmérnök nappali BSc + felsőf. szakk.) Oktatók: Dr. Varga Péter ETF (előtan. feltétel): ---

Improprius integrálás

MATEMATIKA FELADATLAP a 8. évfolyamosok számára

9. gyakorlat Lineáris egyenletrendszerek megoldási módszerei folyt. Néhány kiegészítés a Gauss- és a Gauss Jordan-eliminációhoz

1144 PROGRAMOZÁSMÓDSZERTAN, PROGRAMOZÁSI NYELVEK

Fénysűrűség mérése digitális fényképezőgéppel

Bevezető, információk a segédlet használatához

Arányosság. törtszámot az a és a b szám arányának, egyszer en aránynak nevezzük.

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

Átírás:

ELEKTROTECHNIKA-ELEKTRONIKA Kovács Judit A LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK GAUSS-FÉLE ELIMINÁCIÓVAL TÖRTÉNŐ MEGOLDÁSÁNAK SZEREPE A VILLAMOSMÉRNÖK SZAKOS HALLGATÓK MATEMATIKA OKTATÁSÁBAN ON THE ROLE OF GAUSSIAN ELIMINATION USED FOR SOLVING SYSTEMS OF LINEAR EQUATIONS IN HIGHER MATHEMATICS FOR STUDENTS OF ELECTRICAL ENGINEERING A villmosmérnök szkos hllgtók okttásábn mtemtik lpozó tárgy. A mtemtik tnnyg struktúrálásánál fő szempont, hogy olyn módszereket djunk, melyeket hllgtók későbbi mérnöki tnulmányikbn és mérnöki munkájuk során is hsználni tudnk mjd. Ilyen módszer például lineáris egyenletrendszerek megoldásánál lklmzott Guss-féle elimináció, melynek főiskoli okttásbn több formáj is megjelenik. Az lábbikbn módszer fontosságáról és különböző tnítási formák didktiki összehsonlításáról lesz szó. Mthemtics is bsic subject for students of electricl engineering. Structuring the topics the gol is to tech useful methods for future engineers. Methods of simple ppliction re essentil for the studies nd the future work for the students. One of those is the method of Gussin elimintion used for solving liner eqution systems. Two forms of Gussin elimintion is used by techers of mthemtics in college. In this issue these two forms re compred nd the need of the whole method is emphsized. Az áltlános lineáris egyenletrendszerek megoldásár z egyik legegyszerűbb és gykorlti szempontból is jól lklmzhtó módszer Guss-elimináció (Guss-féle kiküszöbölés), melynek számos elméleti következménye is vn. ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA 7

A villmosmérnök szkos hllgtók okttásábn szerepet kp még Crmer szbály, mely zonbn csk speciális típusú lineáris egyenletrendszerek megoldásár lklms, és determinánsok segítségével d képletet megoldásr. A Guss-módszer lineáris egyenletrendszerek megoldásán túl megoldhtóság és megoldások számánk kérdésére is megkönnyíti válszdást, hllgtók számár könnyen átláthtó módon. A jól ismert módszer rövid összefogllás: (részletesebben megtlálhtó például -ben) Adott z n ismeretlenes, k egyenletből álló lineáris egyenletrendszer áltlános lkj: k n kn n n b b k hol z ij együtthtók és bi konstnsok vlós számok. Az egyenletrendszer egy megoldás vlós számok olyn c, c,, c n sorozt, melyeket megfelelő i -k helyére beírv vlmennyi egyenletben teljesül z egyenlőség. A Guss- elimináció lényege, hogy bizonyos megengedett lépések segítségével, melyek z eredetivel ekvivlens lineáris egyenletrendszerre vezetnek, kiküszöböljük z ismeretleneket z egyenletrendszerből. A megengedett lépések következők:, Vlmely egyenlet -tól különböző vlós számml (sklárrl) vló végigszorzás., Vlmely egyenlethez egy másik egyenlet sklárszorosánk hozzádás., Több zonos egyenlet közül egy kivételével z összes elhgyás., Az olyn egyenletek, hol vlmennyi együtthtó és minden jobboldli konstns is, elhgyás. ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA

, Vlmely két egyenlet felcserélése. Az egyenletrendszert egyszerűen jellemezhetjük együtthtó mátri és kibővített mátri segítségével: Együtthtó mátri: Kibővített mátri:: k n kn. b kn b k. Az egyenletekkel végezhető megengedett lépéseknek kibővített mátri sorivl végzett hsonló változttások felelnek meg. A módszer okttásábn két form vált áltlánossá: z első esetben z együtthtó mátrink megfelelő rész főátlój ltti elemek kiküszöbölése cél (lépcsős lk), mjd z egyenletek visszírás után megoldás behelyettesítéssel dódik. A második esetben redukált lépcsős lkot hozunk létre, melyből viszont kényelmesen leolvshtó z egyenletrendszer összes megoldás. Most három példán keresztül muttjuk be két form közti különbséget, rámuttv, hogy redukált lépcsős lk hsznált megoldásszám meghtározását is jelentősen megkönnyíti. PL. Oldjuk meg z lábbi lineáris egyenletrendszert! ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA 9

ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA Az egyenletrendszer kibővített mátri: Az első form szerinti megoldás: 7 Ezek lpján:. ; ; A megoldás tehát: =; =; =. A második form szerinti megoldás: 7 9 9 A redukált lépcsős lkból közvetlenül leolvshtó megoldás: =; =; =. A módszer lklmzásánál kétszer láhúzott együtthtó zt muttj meg, hogy z dott egyenletben melyik z z ismeretlen, melyet többi egyenletből kiküszöbölünk. Az láhúzás (vgy helyette bekrikázás) és néhány egyszerűen megfoglmzhtó szbály (pl. egy sorbn és egy oszlopbn csk egy kétszeres láhúzás lehet) segítségével módszer könnyen áttekinthetővé válik hllgtók számár.

ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA Az első példábn szereplő egyenletrendszernek egyértelmű megoldás volt. Nézzük meg egy másik példán keresztül, hogyn állpíthtjuk meg Guss-elimináció segítségével, hogy egy egyenletrendszernek nincs megoldás: PL. Oldjuk meg z lábbi lineáris egyenletrendszert! Az egyenletrendszer kibővített mátri: Az első form szerinti megoldás: Visszírv: =-, mi ellentmondás, tehát z egyenletrendszernek nincs megoldás. A második form szerinti megoldás: Mivel z utolsó sor ellentmondás, ezért megfoglmzhtjuk szbályként: h Guss-elimináció lklmzás során bármikor dódik olyn sor, hol bloldl csup, jobboldl pedig nem, kkor kiküszöbölést nem folyttjuk tovább, és megállpítjuk, hogy z egyenletrendszernek nincs megoldás.

ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA A vlós számok hlmzán megoldndó egyenletrendszerek esetén z is előfordulht, hogy végtelen sok megoldás vn. Lássunk erre is egy példát: PL. Oldjuk meg z lábbi lineáris egyenletrendszert! Az egyenletrendszer kibővített mátri: Az első form szerinti megoldás: Visszírv: Tehát végtelen sok megoldás vn. Az első form szerinti felírás lpján hllgtók számár nem feltétlenül nyilvánvló, hogy mely ismeretlen(ek) válszthtó(k) szbdon prméternek. Egyszerűen leolvshtó viszont második form szerinti megoldásnál redukált lépcsős lkból:

Mivel nem tudunk több együtthtót kétszeresen láhúzni (már minden sorbn vn kétszeresen láhúzott együtthtó), ezért z eliminációs módszer véget ért. Az ismeretlen együtthtój minden egyenletben szerepel, ezért szbdon válszthtó prméternek. Minden egyes egyenletből kétszeresen láhúzott együtthtójú ismeretlent fejezzük ki:. Mivel tetszőleges vlós szám lehet, ezért végtelen sok megoldás vn. A Guss-elimináció elméletformáló szerepe bbn rejlik, hogy z elimináció redukált lépcsős lkjánk segítségével összefüggések fedezhetők fel z ismeretlenek és z egyenletek szám, vlmint z egyenletrendszer megoldásszám között. Nevezetesen: redukált lépcsős lk minden esetben ilyen formájú táblázt: Kiválsztott oszlopok Szbd változók Kibővített mátri jobboldl Kiválsztott sorok Konstnsok Felesleges sorok vgy tilos sorok H ezen részen csup tlálhtó, sor elhgyhtó. H vn nem elem, kkor nincs megoldás. ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA

Egyébként, h nincs szbd változó, kkor egy megoldás vn. H vn szbd változó, kkor végtelen sok megoldás vn. Jelölje most n z ismeretlenek számát, k z egyenletek számát, I zt, hogy egy dott eset előfordulht, N pedig zt, hogy nem fordulht elő. A Guss-elimináció redukált lépcsős lkjánk fenti táblázt segítségével hllgtók könnyen felismerik z lábbi összefüggéseket: Nincs megoldás megoldás vn Végtelen sok megoldás vn n=k I I I n<k I I I n>k I N (mindig mrd szbd változó) I Az nlóg táblázt homogén lineáris egyenletrendszer esetén: Nincs megoldás megoldás vn Végtelen sok megoldás vn n=k N I I n<k N I I n>k N N (mindig mrd szbd változó) (A homogén esetben ugynis nincs jobboldlon nem elem, z i= mindig megoldás.) A redukált lépcsős lkr hozás tehát ngyon hsznos eljárás lineáris egyenletrendszerek megoldásánál, szemléletes és hllgtók számár könnyen érthető, vlmint jelentős z elméletformáló htás is. Azonbn, mint más eljárások esetén is, redukált lépcsős lkr hozás nem öncél. H más, egyszerűbb módon is megoldhtó egy dott egyenletrendszer, kkor nincs rá szükség. I ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA

Ezzel együtt is érdemes zonbn hllgtók kezébe dni redukált lépcsős lkr hozást, mint egy olyn eszközt, mely kivétel nélkül minden esetben hsználhtó, és nem szükséges hozzá mátriok elméletének mélyebb ismerete. Felhsznált irodlom Schrnitzky Viktor: Vektorgeometri és lineáris lgebr (Nemzeti Tnkönyvkidó 9) Freud Róbert: Lineáris lgebr (ELTE Eötvös Kidó 99) Fried Ervin: Lineáris lgebr (Tnkönyvkidó 9) ELEKTRO TEC HNIKA-ELEKTRONIKA