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Aufgaben

Rang einer Matrix – Interaktiver Aufgabengenerator mit Musterlösungen

Artikel zum Nachlesen: Rang einer Matrix

Der interaktive Aufgabengenerator zum Thema Rang einer Matrix erzeugt dir eine unbegrenzte Anzahl an individuell anpassbaren Übungsaufgaben und Beispielen. Er unterstützt dich dabei, diese zu lösen und das Thema ausgiebig zu üben. Hierzu erstellt der Generator für jede Aufgabe eine ausführliche, verständliche Musterlösung und bietet dir zudem die Möglichkeit, deine eigenen Lösungen direkt zu überprüfen. Sämtliche Hilfestellungen stehen sowohl für die freien Beispiele als auch für generierte und eigene Aufgaben im vollen Umfang zur Verfügung.

Aufgabe erstellen

Beispielaufgaben

Beispielaufgaben

Aufgabe 1 von 3

Gegeben sei die folgende Matrix mit Koeffizienten aus $ \Q$:

\[\begin{bmatrix} 1 & 1 & 6 \\ -3 & -2 & -15 \\ -1 & -2 & -6 \end{bmatrix}\]

Bestimme den Rang der gegebenen Matrix.


Aufgabengenerator

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Eigene Aufgabe

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Gib an, aus welchem Zahlenbereich die Koeffizienten der Matrix stammen sollen.


Gib die Matrix ein, deren Rang bestimmt werden soll.

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Aufgabe lösen

Musterlösung

Musterlösung

Zum Bestimmen des Rangs der Matrix $A$ wird zunächst eine Basis des Zeilenraums $Z(A)$ bestimmt.

Um eine Basis $\mathfrak{B}$ des Zeilenraums $Z(A)$ der gegebenen Matrix $A$ zu bestimmen, wird diese zunächst in Zeilenstufenform überführt.

Das Überführen der Matrix in Zeilenstufenform geschieht schrittweise mithilfe des Gauß-Algorithmus:

\[\begin{array}{rrr|l}
1 & 1 & 6 & \\[0.25em]
-3 & -2 & -15 & \text{II} + 3 \cdot \text{I} \\[0.25em]
-1 & -2 & -6 & \text{III} + \text{I} \\[0.25em]
\hline
1 & 1 & 6 & \\[0.25em]
0 & 1 & 3 & \\[0.25em]
0 & -1 & 0 & \text{III} + \text{II} \\[0.25em]
\hline
1 & 1 & 6 & \\[0.25em]
0 & 1 & 3 & \\[0.25em]
0 & 0 & 3 & \text{III} \cdot \frac{1}{3} \\[0.25em]
\hline
1 & 1 & 6 & \\[0.25em]
0 & 1 & 3 & \\[0.25em]
0 & 0 & 1 &
\end{array}\]

Die als Zeilenstufenform vorliegende Matrix $A^\star$ kann nun im letzten Schritt direkt abgelesen werden.

\[A^\star=\begin{bmatrix} 1 & 1 & 6 \\ 0 & 1 & 3 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}\]

Da elementare Zeilenumformungen den Zeilenraum einer Matrix nicht verändern, besitzt die Matrix $A^\star$ denselben Zeilenraum wie die ursprüngliche Matrix $A$ – es gilt somit $Z(A^\star)=Z(A)$. Der Zeilenraum $Z(A^\star)$ wird durch die Nicht-Nullzeilen der Matrix $A^\star$ aufgespannt. Da diese aufgrund der vorliegenden Zeilenstufenform der Matrix $A^\star$ zudem implizit linear unabhängig sind, handelt es sich hierbei folglich um eine Basis $\mathfrak{B}$ des Zeilenraums.

\[b_{1}=\begin{bmatrix} 1 \\ 1 \\ 6 \end{bmatrix}\quad b_{2}=\begin{bmatrix} 0 \\ 1 \\ 3 \end{bmatrix}\quad b_{3}=\begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 1 \end{bmatrix}\]\[\mathfrak{B} = \Bigl\{b_1,b_2,b_3\Bigr\}\]

Der gesuchte Rang entspricht der Dimension des bestimmten Zeilenraums – und somit der Anzahl der gefundenen Basisvektoren bzw. der Anzahl der Nichtnullzeilen in der Zeilenstufenform.

\[\rg(A) = \dim(Z(A)) = 3\]
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Gib den berechneten Rang der Matrix ein.