MATHEMATISCHES INSTITUT DER UNIVERSITÄT ZU KÖLN Dr. M. Schulz Wintersemester 2015/2016 25. November 2015 6. Übung zur Mathematik I für Biologen und Chemiker Allgemeine Hinweise: • Abgabe der Übung: am 03. bzw. 04.12.2015 in den Übungen. • Besprechung der Übung am 10. bzw. 11.12.2015 in den Übungen. • Die Abgabe muss auf oben links zusammengetackerten DIN A4-Blättern erfolgen. • Auf Ihrer Abgabe muss deutlich lesbar auf der obersten Seite Ihr Name und Ihre Übungsgruppennummer stehen. • Die Aufgaben sind so zu bearbeiten, dass der Lösungsweg, die benutzten Formeln und die Rechnungen nachvollziehbar sind. Auch für Lösungen mit richtigen Ansätzen können Teilpunkte vergeben werden; eine Lösung ohne Rechenweg wird mit 0 Punkten bewertet. • Weitere Informationen zu den Übungen finden Sie unter http://www.mi.uni-koeln.de:8917 Aufgabe 1. (12 Punkte, schriftlich) - Rechnen mit Matrizen - Es seien 3 6 1 0 A= 8 −2 , 2 5 1 2 −2 1 3 C = 1 −4 −1 , D = 4 5 7 8 5 0 1 9 0 1 0 3 2 2 , H= F = 2 3 , G= 4 −6 −2 −10 −4 2 −2 1 0 B= , −2 −3 2 E = 3 −2 −1 , 3 6 9 1 2 gegeben. Berechnen Sie falls möglich: (i) A · B, Aufgabe 2. (ii) B · A, (iii) C + DT , (iv) (E · F)T , (v) E · G, (vi) B +C, (vii) AT − H, (10 Punkte, schriftlich) - Gleichungssysteme und Matrizen - Drei Firmen A, B und C haben im Jahr t ∈ N0 die Marktanteile at , bt bzw. ct . Im Laufe eines Jahres verliert A 5% seiner Bestandskunden an B und 10% an C, B verliert 15% an A und 10% an C, und C verliert jeweils 5% an A und B. (Also behält z.B. A 85% seiner Bestandskunden, und gewinnt 15% der Altkunden von B und 5% der Altkunden von C hinzu.) (a) Formulieren Sie die angegebene Regeln zur Änderung der Marktanteile als Formeln, die angeben, wie man at+1 , bt+1 und ct+1 aus at , bt und ct berechnet. (b) Für das Jahr t = 0 gelte a0 = 0, 4, b0 = 0, 2, c0 = 0, 4. Welche Marktanteile besitzen die Firmen nach zwei Jahren (also für t = 2)? (c) Schreiben Sie die Formeln aus (a) in Matrixschreibweise. (d) Wie kann man die Marktanteile im Jahr t +n aus denen im Jahr t mit Hilfe von Matrizenmultiplikation berechnen? Aufgabe 3. (8 Punkte, schriftlich) - Determinanten - Berechnen Sie die Determinanten der folgenden Matrizen: A= Aufgabe 4. −1 4 , 3 −2 5 2 2 B = 1 −3 4 , −2 −1 −3 −3 0 C= 0 0 4 −1 5 2 13 20 0 −3 7 0 0 1 (mündlich)- Rechengesetze bei der Matrizenaddition und -multiplikation - Es seien A, B,C drei reelle (n × n)-Matrizen. Wir wollen überprüfen, ob die für die reellen Zahlen gültigen Rechengesetze auch für Matrizen gelten: (I) Kommutativgesetz ? (a) der Matrizenaddition: A + B = B + A, ? (b) der Matrizenmultiplikation: A · B = B · A, (II) Assoziativgesetz ? (a) der Matrizenaddition: A + (B +C) = (A + B) +C, ? (b) der Matrizenmultiplikation: A · (B ·C) = (A · B) ·C, (III) Distributivgesetz: ? (a) A · (B +C) = A · B + A ·C, ? (b) (A + B) ·C = A ·C + B ·C. Für (1 × 1)-Matrizen gelten diese Gesetze natürlich, denn reelle (1 × 1)-Matrizen sind offensichtlich nor” male“ reelle Zahlen. (i) Überprüfen Sie die obigen Gesetze nun für den Fall n = 2, d.h. setzen Sie a a b b c c A = 11 12 , B = 11 12 , C = 11 12 a21 a22 b21 b22 c21 c22 und testen Sie, ob die jeweiligen Rechengesetze für diese (2 × 2)-Matrizen im Allgemeinen gelten. (ii) Geben Sie ein konkretes Zahlenbeispiel an, für das das Kommutativgesetz der Matrizenmultiplikation nicht gilt.