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Bestimmen Sie ein lineares Gleichungssystem. dessen 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 \(L=\left\langle\left(\begin{array}{c}1 \\ 0 \\\ -1\end{array}\right),\left(\begin{array}{c}0 \\ 1 \\\ -1\end{array}\right)\right\rangle \subseteq \mathbb{R}^{3}\) ist.

Short Answer

Expert verified
Question: Determine a linear system of equations for which the solution set L = {鈩澛 : x = 饾渾(1, 0, -1) + 饾渿(0, 1, -1)}. Answer: The linear system of equations for which the solution set L is given by the equation: -x + z + 2 = 0.

Step by step solution

01

- Understand the given solution set L

L is a subspace of 鈩澛 containing two linearly independent vectors. In other words, L is a 2D plane defined by these two vectors within 鈩澛. Since L is the solution set we are looking for, we want to express any point in 鈩澛 as a linear combination of these vectors, if it lies in the plane defined by L. Constellating the solution set of the linear system by: \(x = \lambda \cdot \begin{pmatrix}1 \\ 0 \\ -1\end{pmatrix} + \mu \cdot \begin{pmatrix}0 \\ 1 \\ -1\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}\lambda \\ \mu \\ -\lambda-\mu\end{pmatrix}\), where \(\lambda, \mu \in \mathbb{R}\).
02

- Find the normal vector of the plane

In order to find a linear system of equations that has L as its solution set, we can find the normal vector of the plane defined by the vectors in L. To do this, we take the cross product of these two vectors: \(N = \begin{pmatrix}1 \\ 0 \\ -1\end{pmatrix} \times \begin{pmatrix}0 \\ 1 \\ -1\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}-1 \\ 0 \\ 1\end{pmatrix} \)
03

- Determine the linear system of equations

With the normal vector N = (-1, 0, 1) and a point P in the plane defined by the given vectors in L (for example, P = (1, 0, -1)), we can build the linear system of equations: Since the dot product between N and any vector in the plane is 0, we can write the linear equation as follows: \((-1)(x-1) + 0(y-0) + 1(z-(-1)) = 0\) Simplifying the equation, we get: \(- x + 1 + z + 1 = 0\) So the linear system of equations for which the solution set L is as follows: \(-x + z + 2 = 0\) The solution set L is a plane in 鈩澛 defined by the equation -x + z + 2 = 0, and its solution set is the given L.

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Key Concepts

These are the key concepts you need to understand to accurately answer the question.

尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 bestimmen
Das Ziel bei der Bestimmung einer 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 ist es, alle m枚glichen L枚sungen eines linearen Gleichungssystems zu identifizieren. In einem dreidimensionalen Raum, wie in unserer Aufgabe, wird die 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 durch die Gleichung der Ebene beschrieben, auf der alle L枚sungen liegen.

Im vorliegenden Fall haben wir gegeben, dass die 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 ein Untervektorraum des \(\mathbb{R}^{3}\) ist, der durch eine lineare Kombination zweier Vektoren beschrieben wird. Mit dieser Information ist es m枚glich, eine Gleichung aufzustellen, die diesen Unterraum als L枚sung hat. Jeder Punkt \( (x, y, z) \) auf dieser Ebene kann durch \(\lambda\) und \(\mu\) ausgedr眉ckt werden, was uns eine deskriptive Darstellung der 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 gibt.
Lineare Unabh盲ngigkeit
Die lineare Unabh盲ngigkeit zweier Vektoren bedeutet, dass kein Vektor als Linearkombination des anderen dargestellt werden kann. Dies ist eine entscheidende Eigenschaft, da sie sicherstellt, dass die Vektoren eine Ebene im Raum aufspannen. Die zwei gegebenen Vektoren in der 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 \( L \) sind linear unabh盲ngig, weil kein Skalar \( \lambda \) existiert, bei dem \( \lambda \) mal der eine Vektor gleich dem anderen Vektor ist. Dies erm枚glicht es uns, den Raum zu charakterisieren, in dem sich alle L枚sungen des Gleichungssystems befinden.
Untervektorraum
Ein Untervektorraum ist eine Teilmenge eines Vektorraums, die selbst wiederum ein Vektorraum mit denselben Vektoroperationen ist. In unserem Kontext ist die 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 \( L \) ein Untervektorraum des \(\mathbb{R}^{3}\), der durch die beiden unabh盲ngigen Vektoren erzeugt wird. Dies impliziert, dass die L枚sungen eines linearen Gleichungssystems, das einen solchen Untervektorraum beschreibt, alle Bedingungen erf眉llen, die f眉r Vektorr盲ume gelten, wie das Abgeschlossensein unter Vektoraddition und skalare Multiplikation.
Normalenvektor
Der Normalenvektor ist ein Vektor, der senkrecht (orthogonal) zu einer Ebene oder einem Subraum steht. Bei der Bestimmung eines linearen Gleichungssystems, das eine bestimmte Ebene als L枚sungsraum hat, ist der Normalenvektor ein n眉tzliches Werkzeug. Er wird verwendet, um die Gleichung der Ebene zu formulieren. Durch den Normalenvektor \( N \) k枚nnen wir die Bedingung definieren, dass das Skalarprodukt von \( N \) mit jedem Vektor in der Ebene null sein muss. Das f眉hrt uns zu einer linearen Gleichung, die die gesamte Ebene repr盲sentiert.
Kreuzprodukt
Das Kreuzprodukt zweier Vektoren im \(\mathbb{R}^{3}\) ergibt einen Vektor, der senkrecht zu der von diesen beiden Vektoren aufgespannten Ebene steht. Dieses Werkzeug wurde im zweiten Schritt unserer L枚sung verwendet, um den Normalenvektor zu finden. Das Kreuzprodukt der beiden Vektoren in der 尝枚蝉耻苍驳蝉尘别苍驳别 hat uns den Normalenvektor \( N = (-1, 0, 1) \) geliefert. Es ist wichtig zu beachten, dass das Kreuzprodukt nur in drei Dimensionen definiert ist und spezifische Rechenregeln erfordert, die jedem Studenten der Vektorrechnung bekannt sein sollten.

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