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Das Gaußsche Eliminationsverfahren

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3. Gauß-Jordan Algorithmus
Der Gauß-Jordan Algorithmus unterscheidet sich vom Gauß'schen-Eliminationsverfahren nur in der zweiten Etappe. Die erste Etappe ist bei beiden Verfahren die Vorwärtselimination. Nachdem nun das Gleichungssystem in ein gestaffeltes System doch Vorwärtseliminieren überführt worden ist, wird nun nicht rücksubstitutiert, sondern man versucht oberhalb der Hauptdiagonale ebenfalls Nullen zu erzeugen. Zum Schluß bleibt also nur noch die Hauptdiagonale stehen, und die Werte für die xi mit i=1..n sind damit gegeben:

s11x1 = t1
s22x2 = t2
................................
. snnxn = tn

Das angestrebte Ziel erreicht man durch das sogenannte Gauß-Jordan'sche Reduktionsverfahren. Man geht von einem gestaffelten Gleichungsystem, das durch Vorwärtselemination erstellt wurde:

w11x1 + w12x2 +..............+ w1nxn = v1
w22x2 +..............+ w2nxn = v2
.............................................
wn-1,n-1xn-1 + wn-1,nxn = vn
wnnxn = vn

Die eben durchgeführte Vorwärtselimination muß nun genau in anderer Richtung durchgeführt werden, d.h. es gilt nun in der ersten Reduktionsstufe die letzte Spalte ab der vorletzten Zeile zu eliminieren, denn die letzte Zeile entspricht bereits der gewünschten Endform. Die letze Zeile wird also wieder mit einem Faktor c=wn-1,n:wnn multipliziert und dann von der vorletzen Zeile subtrahiert werden. Die vorletzte Zeile lautet dann:

w'n-1,n-1x'n-1 = v'n-1


Ähnlich behandelt man die (n-2)-te Zeile. Das Produkt aus c=wn-2,n:wnn und wnn wird von der (n-2)-ten Zeile abgezogen, zurück bleibt:
w'n-2,n-2xn-2 + w'n-2,n-1xn-1 = v'n-2


Ist man schließlich in der ersten Zeile angelangt, so geht man über zur zweiten Reduktionsstufe. Bei der Berechnung des Faktors c steht nun w'n-1,n-1 im Nenner und der Subtrahend ist nun das Produkt aus c und der vorletzten Zeile. Dies führt man ebenfalls wieder solange durch, bis man die erste Zeile erreicht hat. Dann geht man über zur dritten Reduktionsstufe.
Letztendlich erreicht man die (n-1)-te Reduktionsstufe und die Hauptdiagonalen-Form des Gleichungssystems ist erreicht.
Der Faktor c bei dem Reduktionsverfahren wird allgemein wie folgt berechnet:
cik = an-i,n-k+1:an-k-1,n-k+1

mit
n = Anzahl der Gleichungen und Unbekannten
k = 1..n-1; Reduktionsstufe
i = 1..n-1; Zeile

Um die Lösungen für die xis mit i=1..n zu bekommen, muß man lediglich die einzelnen Gleichungen nach x auflösen:

x1 = t1:s11
x2 = t2:s22
....................
xn-1 = tn-1:sn-1,n-1
xn = tn:snn

Hiermit ist die Lösung für das Gleichungssystem mit Hilfe des Gauß-Jordan-Verfahrens gefunden worden.

  
Informatik: Grundlagen (Springers Lehrbücher der Informatik)
Siehe auch:
Informatik: Aufgaben und Lösungen: Aufgaben...
Einführung in die Technische Informatik...
Programmieren mit Java
Mathematik für Informatik
Mathematik für Informatiker: Band 1: Diskrete M...
Datenbanksysteme: Eine Einführung
 
   
 
     
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