Matrix-Algebra

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Matrix-Algebra
Grundlagen
1. Matrizen und Vektoren
•Matrix ist ein rechteckiges Schema von Zahlen
angeordnet in Zeilen und Spalten
•genauer: eine Matrix der Ordnung bzw. Dimension
(n  k ) ist eine Menge an (n  k )
Elementen angeordnet in n Zeilen und
k Spalten
1
Matrizen und Vektoren 1
 a11 a12 a13  a1k 
A  [aij ]  a21 a22 a23  a2 k 
an1 aM 2 aM 3  ank 
[aij ] ist das Element, welches in der i-ten Zeile und
j-ten Spalte der Matrix A steht
die Dimension der Matrix, also die Anzahl der
Zeilen und Spalten, wird oft unterhalb der Matrix
angegeben
Bsp.
2
A
2 3
23
12
2
7
4

2
Matrizen und Vektoren 2
•mehrelementige Matrizen mit nur einer
Zeile
oder
Spalte heißen Vektoren
eine Matrix der Ordnung (1×k) bildet einen
k-dimensionalen Zeilenvektor
x  2 14
1 3
ai  (ai1 , , aik )
Bsp.
7
eine Matrix der Ordnung (n×1) bildet einen
n-dimensionalen Spaltenvektor
Bsp.
3
x  14
 5 
31
 a1 j 
 
aj    
 anj 
 
3
transponierte Matrix
•transponierte Matrix
-schreibt man bei der Matrix A die i-te Zeile als
i-te Spalte (i = 1, . . . , n), so erhält man die
transponierte (k×n) MatrixA '
 a11 a21 a31  an1 
A '  a12 a22 a32  an 2 
a1k a2 k a3k  ank 
Bsp.
1 4 3
A  12 2 2 
3 3
 3 6 17
1 12 3 
A '  4 2 6 
3 3
3 2 17
4
Skalar und quadratische Matrix
•Skalar
-eine einzelne Zahl, also sozusagen eine (1×1)
Matrix
•quadratische Matrix
-eine Matrix A heißt quadratisch, sofern n = k gilt
Bsp.
1 4 3
A  12 2 2 
3 3
 3 6 17
n=k=3
-Eine quadratische Matrix A heißt untere (obere)
Dreiecksmatrix, fallsaij  0 für i < j (i > j).
Bsp.
1 0 0
untere
A  12 2 0 
Dreiecksmatrix
 3 6 17
1 4 3 
obere
A  0 2 2 
Dreiecksmatrix
0 0 17 
5
symmetrische Matrix
•symmetrische Matrix
-eine quadratische Matrix ist symmetrisch, falls
 
' '
A  A ' , es gilt A  A
Bsp.
1 2 3 
A '  2 5 6 
3 6 17
'
1 2 3  1 2 3 
A ' '  2 5 6   2 5 6   A
3 6 17  3 6 17 
 
6
Diagonalmatrix 1
•Diagonalmatrix
-eine quadratische Matrix A mit aij  0
für
i j
Diagonalmatrix hat also oberhalb und unterhalb der
Hauptdiagonalen nur Nullen. Auf der
Hauptdiagonalen stehen beliebige Elemente.
Spezialfall: Einheitsmatrix I
1 0 0
I  0 1 0
0 0 1
alle
Hauptdiagonalelemente
besitzen den Wert Eins
7
Diagonalmatrix 2
-Skalar-Matrix:
ist eine Diagonal-Matrix, deren Diagonalelemente
alle gleich sind
als Beispiel ist die Varianz- Kovarianz-Matrix des
Störterms des klassischen Regressionsmodells zu nennen
 2

var-cov(u)   0
0

0
2
0
0

0 
 2 
8
idempotente Matrix
Eine (n×n) Matrix A, die der Bedingung
A  A2   An genügt, heißt idempotent
Bsp.
1
 1 2
1
A   2 4  2
6
 1  2
1
2
  1 2 1 
  1 2 1  1 2 1 
1
1


A 2    2 4 2      2 4 2   2 4 2  
 6  1 2 1  36   1 2 1  1 2 1 



 

 6 -12 6 
 1 2 1 
1
1
= -12 24 -12    2 4 2 
36
6
 6 -12 6 
 1 2 1 
9
Elementare
Matrixoperationen
2. Elementare Matrixoperationen
•Addition und Subtraktion von Matrizen
-nur für Matrizen gleicher Ordnung sind
Addition
und Subtraktion erklärt
 a11  b11  a1k  b1k 
a  b  a  b 
2k
2k 
A  B :   21 21
 aij  bij
 
 


an1  bn1  ank  bnk 


10
Addition und Subtraktion
 2 12 7
Bsp. A  

23 2 4
 4 3 7
B

13 1 4
AB C
 2 12 7  4 3 7  4 15 14
AB 


C



23 2 4 13 1 4 36 4 8 
23
23
23
 2 12 7  4 3 7  2 9 0
AB 


C



23 2 4 13 1 4  10 1 0
23
23
23
wichtig: Anzahl der Zeilen und Spalten beider Matrizen
müssen gleich sein
11
Skalar-Multiplikation 1
-für Matrizen A, B und C gleicher Ordnung gilt
AB  BA
A  B  C  A  B  C
A  B  A   B
A  B'  A '  B'
•Skalar-Multiplikation
-eine (n × k) Matrix A wird mit einem Skalar

multipliziert, indem man jedes( aMatrixelement

ij )
multipliziert
mit
12
Skalar-Multiplikation 2
Bsp.
1
A  12
 3
3
2 2 
6 17
4
1
λA  
12

3
4
2
6
λ 3
3
1

2
  312

17

3
4
2
6
3 3

2
  36
17
 
9
12
6
18
9
6

51

es gelten die Rechengesetze
λA  Aλ
(λA) '  λA '
λ(A  B)  λA  λB
(λ  γ)A  λA  γA (γ sei ein Skalar)
( )A  λ(γA)  γ(λA)
13
Matrizen-Multiplikation 1
•Matrizen-Multiplikation
-Für Matrizen A und B ist nur dann ein Produkt
C=AB erklärt, wenn die Spaltenzahl von A mit der
Zeilenzahl von B übereinstimmt
-Sind A = ( aij ) und B =(a jl )
zwei solche
Matrizen, etwa der Ordnung (n×k) bzw. (k×p),
dann ist

  a1 j b j1



AB    aij b j1




  anj b j1


 a1 j b jl



a
b jl



 anjb jl

ij
n p

a
b
 1 j j1 


 aijb jp 


 anjb jp 

14
Matrizen-Multiplikation 2
1
B  0
1
1 2 3
A

 2 0 4
Bsp.


23
1
AB  
2
2
0
23
3 2
1
3 
0


4
1
6
1 
1 
3 2
6
1
1
 1 1  2  0  3 1

 2 1  0  0  4 1
4 11


6
16


1  6  2 1  3 1 
2  6  0 1  4 1
2 2
15
Matrizen-Multiplikation 3
-Das Produkt aus einer (n×k) Matrix A und
einer (k×p) Matrix B ist demnach eine (n×p)
Matrix C mit dem Elementcil
1 2 3

2
0
4


-Aber: A  
23
  j 1 aijb jl
k
2 1
B

4
1


22
das Produkt AB ist hier nicht definiert!
16
Matrizen-Multiplikation 4
-Insbesondere ergibt die Multiplikation einer (1×p)
Matrix
(Zeilenvektor) mit einer (p×1) Matrix (Spaltenvektor)
einen
x  ( x1, , xn )'
y  ( y1, , yn )'
Skalar
x' y
'
-Sindy x
und
zwei
Vektoren mit
 y1 dann bezeichnet man
 xden
1  Skalar
n
jeweils n Elementen,




bzw.
Vektoren
x ' y  x1als
,Skalarprodukt
, xn     y ' x der
 ybeiden
xi yi
1 , , yn    

Bsp.
2
x  3
5 

y 
 n
 3
y  0
1


x 
 n

i 1
 3
x ' y  2 3 50  2  3  3  0  3  5  21
1
17
Matrizen-Multiplikation 5
Zwei Vektoren x und y, deren Skalarprodukt Null ist,
heißen zueinander orthogonal
xy  x y  0
'
x2
Bsp.
1 
x 
2
 4
y 
2
 4 
x y  1 2    0
2
'
x
5
y
3
-5 -3 -1
-3
1
3
5
x1
-5
y18
Matrizen-Multiplikation 6
 b1 
n


 an       ai bi
1n
bn  i 1
-Inneres Produkt: a 'b  a1
n1
Bsp.
a 'b  1
3
4    1  3  4  5  23
1 2
11
5
21
Ergebnis ist ein Skalarprodukt
 a1 
 a1b1  a1bn 
-Äußeres Produkt: ab '     b1  bn    
 
1n
an 
anb1  anbn 
n1
Bsp.
1 
1* 3
a 'b    3 5  
 4 12
 4 *1
21
nn
1* 5 
3
 

4 * 5
4
5 
20

4 4
Ergebnis ist eine Matrix
19
Matrizen-Multiplikation 7
-für die Matrizenmultiplikation gelten folgende
Rechenregeln, sofern alle auftretenden
Produkte
erklärt
sind
A(B  C)
 AB  AC
(AB)  A(B )  ( A)B  AB
(AB)C  A(BC)  ABC
(AB)'  B' A'
(ABC)'  C ' B' C '
-Matrizenmultiplikation ist nicht
kommutativ
AB  BA
20
Determinante einer Matrix 1
•Determinante
-die Determinante det(A) einer (n×n) Matrix A sei
wie folgt definiert
a11
n 1
det(A)   n
i j
*
n  1, 1  j  n,
a
(

1
)
det(
A
i 1 ij
ij )
*
-wobei Aij diejenige Matrix ist, die aus der (n×n) Matrix A
hervorgeht, wenn man die i-te Zeile und die j-te Spalte
streicht
(1)i  j det( Aij* )  Cij
a ij
-das oben genannte
Produkt
auch als
Kofaktor von genannt
wird
21
Determinante einer Matrix 2
•Determinante einer (2×2) Matrix
das Produkt der Nebendiagonalelemente wird vom
Produkt der Hauptdiagonalelemente subtrahiert
a  a
a
a
det 11 12   11 12  a11a22  a12a21
 a21 a22  a21 a22

Bsp. det 
 
 114  3  5  1
5
14
5
14


1
3
1
3
22
Determinante einer Matrix 3
•Determinante einer (3×3) Matrix
ermittelt man durch Anfügen der ersten beiden Spalten
auf der rechten Seite der Matrix zu einem (3 × 5)
Schema
 a11

 a21
a
 31
a12
a22
a32
a13 

a23 
a33 
a11
a21
a31
a12
a22
a32
a13
a23
a33
a11
a21
a31
a12
a23
a32
auf dieses Schema findet die Sarrus‘sche Regel
Anwendung
det (A)  a11a22a33  a12a23a31  a13a21a32  a13a22a31  a11a23a32  a12a21a33
Bsp.
1

det  3
2

2
1
3
2

1 1  4  2  3  2  2  3  3
3 
 3
 2 1  2  1  3  3  2  3  4

4
23
Determinante einer Matrix 4
-für die Determinante einer (n×n) Matrix A
bzw. B gilt
det (AB)  det( A) det( B)
det( A' )  det( A)
det( A)  n det( A)
-eine Matrix, deren Determinante einen Wert von 0 annimmt
heißt singuläre Matrix
-nimmt hingegen die Determinante einen von 0
verschiedenen Wert an, so spricht man von einer nichtsingulären Matrix
für diese existiert die inverse
Matrix nicht
24
Inverse einer Matrix 1
•Inverse einer Matrix
A existiert
zu jeder regulären (n×n) Matrix
A1
eine
eindeutig bestimmte (n×n) Matrix mit der
Eigenschaft:
AA1  A1 A  I n
A1 heißt Inverse
A
von
-die Regularität von A ist nicht nur eine hinreichende,
sondern
auch eine notwendige Bedingung
für die Existenz der
A
ist regulär  A1 existiert
inversen
Matrix
-invertierbar
Matrizen mit sind demnach nur die quadratischen
25
Inverse einer Matrix 2
•Vorgehensweise
1. Bilde die Determinante von A
2. Ersetzte jedes Element a ij von A durch seinen
Kofaktor, um so die Kofaktor-Matrix zu
erhalten
3. Transponiere die Kofaktor-Matrix, um so die
adjungierte Matrix zu erhalten
4. Dividiere jedes Element der adjungierten
Matrix durch die Determinante von A
26
Inverse einer Matrix 3
1 2 3


Bsp. A  5 7 4
2 1 3
Schritt 1: A bilden, wie zuvor beschieben
1
2
3
A5
7
4
2
1
3
1  7  3  2  4  2  3  5 1
 3  7  2  1  4 1  3  2  5
  24
Schritt 2: man erhält das Element cij, indem man
die i-te Zeile und die j-te Spalte der
Matrix A streicht
27
Inverse einer Matrix 4
-im Bsp.: erhalte das Element c11 , indem man die 1. Zeile und
die 1. Spalte der Matrix Astreicht,
c11 ist dann eine (2×2) Matrix
1 2 3
A  5 7 4
2 1 3
7
c11  
1
4

3
Führt man das für alle Elemente aus, so erhält man die KofaktorMatrix C
Jedes Element, für die die Summe i+j ungerade ist, erhält ein
negatives Vorzeichen
28
Inverse einer Matrix 6
Schritt 4: jedes Element von (adj A) wird durch die
Determinante von A dividiert
3
13 
 17
24
24
24 
 17  3  13 


1
3
A1    7  3 11    7
 11 
24
24
24
24


  9 3  3 
3
 9

3
24
24 
 24
AA1  A1 A  I n
29
Skalare Kenngrößen von Matrizen
3. Skalare Kenngrößen von Matrizen
a) Rang einer Matrix
Zur Definition des Ranges einer Matrix werden die
Begriffe Linearkombination (LK) von Vektoren und
lineare Unabhängigkeit benötigt
a1 , ,a n
Als LK der n Vektoren
bezeichnet man einen
Term der Gestalt
wobei
a1 , ,a n
Man sagt, ein Vektor b lässt sich als LK der Vektoren
darstellen, wenn gilt:
30
Inverse einer Matrix 5
-nun berechnet man für jedes Element cij die Determinante
 17

C   3

 13
7
3
11
 9

3

 3
Schritt 3: dir Kofaktor-Matrix C wird nun
transponiert, um die adjungierte Matrix
(adj A)
 17  3  13
(adj A)   7  3 11 
 9 3  3 
31
Rang einer Matrix 1
a1 ,
,a n
Die Vektoren
heißen linear unabhängig,
wenn sich der Nullvektor nur als triviale LK dieser
Vektoren darstellen lässt, d.h., wenn gilt:
keiner der Vektoren lässt sich als LK der anderen
darstellen
a1 , ,a n
Im Falle linearer Abhängigkeit der Vektoren
existiert hingegen eine Darstellung des Nullvektors als
nicht-triviale LK (
für mindestens ein i)
a1 , ,a n
Folglich lässt sich mindestens einer der Vektoren
als LK der anderen darstellen
32
Rang einer Matrix 2
•Die Maximalzahl linear unabhängiger
Spaltenvektoren (Zeilenvektoren) einer Matrix
A heißt Spaltenrang (Zeilenrang) dieser
Matrix
der Spaltenrang stimmt stets mit dem Zeilenrang
überein
deshalb spricht man nur vom Rang einer Matrix A
•der Rang einer (n × k) Matrix A kann offenbar nicht
größer
als die kleinste der Zahlen n und k sein
33
Rang einer Matrix 3
-eine (n × k) Matrix A hat vollen Rang, wenn
Regeln:
34
Rang einer Matrix 4
-Bei quadratischen Matrizen gilt: Falls A keinen vollen
Spaltenrang hat, so ist die Determinante von A Null
Bsp.
 1 3
A
  rg(A)  1, det(A)  0
 2 6
Konsequenz: Matrizen ohne vollen Rang (“singuläre“
Matrizen) sind nicht invertierbar
-für beliebige Matrizen gilt: rg(A'A)  rg(A)
Konsequenz: falls X keinen vollen Spaltenrang hat, ist (X ' X)
singulär  OLS funktioniert nicht
35
Eigenwerte und Eigenvektoren 1
b) Eigenwerte und Eigenvektoren
-A sei eine (n×n) Matrix
-ein (n×1) Vektor x 0 heißt Eigenvektor von
A,
falls mit einem geeigneten Skalar gilt
-der Vektor x wird genauer als ein zu
Eigenvektor bezeichnet
-den Skalar
gehörender
nennt man Eigenwert der Matrix A
36
Eigenwerte und Eigenvektoren 2
Die Gleichung
umformen:
lässt sich wie folgt
 0 hat dieses System nur dann eine
Lösung, wenn die Matrix
singulär ist,
für
d.h. wenn
gilt
die Bestimmung der Nullstellen von
liefert die Eigenwerte von A
heißt charakteristisches Polynom
37
Eigenwerte und Eigenvektoren 3
Bsp.
1
A
2
2
3 
-die Eigenwerte findet man durch Lösen von
-die Eigenwerte sind:
38
Eigenwerte und Eigenvektoren 4
-Wie erhält man die Eigenvektoren?
Für
erhält man den Eigenvektor x1
 1 2   2  5
0    x11 

    0
  
 2 3   0
2  5    x12 
führt zu 2 Bestimmungsgleichungen, wobei eine überflüssig ist,
da beide Gleichungen linear abhängig sind
3, 23607x11  2x12  0
2x11  1, 23607x12  0
39
Eigenwerte und Eigenvektoren 5
-so erhält man aus der 2. Gleichung den
Eigenvektor x1
 0, 618035x12 
x1  

x
12


Offensichtlich gibt es nicht nur einen
Eigenvektor, sondern unendlich viele
parallele. Man wählt beliebig einen aus der
Lösungsmenge,
x12
z.B.
= 1: 0, 618035

x1  

1



40
Eigenwerte und Eigenvektoren 6
-analog führt man diese Prozedur für den
2. Eigenwert durch, um so den Eigenvektor x 2
zu erhalten
 1 2   2  5
0    x 21 

    0
  
 2 3   0
2  5    x 22 
 1, 618035 
x2  

1


41
Eigenwerte und Eigenvektoren 7
Beweis:
für x1 ,
 1 2   0, 618035 
 0, 618035 


  2 5 

2
3
1
1







 2, 618038   2, 618038 



4,
23606
4,
23606

 

42
Eigenwerte und Eigenvektoren 8
•Bei symmetrischen Matrizen, wie in diesem
Beispiel, sind die zu verschiedenen
Eigenwerten
gehörenden Eigenvektoren stets zueinander
orthogonal
 1, 618035 
x x 2   0, 618035 1 
0
1


'
1
43
Definitheit von Matrizen 1
c) Definitheit von (quadratischen) Matrizen
Definition:
-eine (n×n) Matrix A heißt positiv definit
z ' Az  0
(kurz: p.d.), wenn für alle Vektoren z gilt:
,
z ' Az  0
bzw. positiv semidefinit (p.s.d.), wenn
-eine (n×n) Matrix A heißt negativ definit
z ' Az  0
(kurz: n.d.), wenn für alle Vektoren z gilt:
,
z ' Az  0
bzw. A
negativ
(n.s.d.),
wenn
-falls
weder semidefinit
positiv-semidefinit
noch
negativ-semidefinit ist, dann heißt A indefinit
44
Definitheit von Matrizen 2
Bsp.
1
A
0
0
2
 z1 
z 
z2 
 z1 
'
2
2
Az  

z
Az

z

2z
1
2  0,

 2z 2 
für alle z  0
A ist positiv definit
45
Definitheit von Matrizen 3
-Beurteilung anhand der Eigenwerte
die Definitheit einer symmetrischen Matrix
A  A'
kann mit Hilfe ihrer Eigenwerte bestimmt
werden
seien die Eigenwerte der symmetrischen Matrix
dann gilt
A ist:
positiv definit
positiv semidefinit
negativ definit
negativ semidefinit
46
Anwendung der Matrizenrechnung
4. Anwendung der Matrizenrechnung
•Im Rahmen eines linearen Regressionsmodells soll nun die
Anwendung der Matrizenrechnung aufgezeigt werden
Regressionsmodell
Yi  1   2 X 2i   3 X 3i     k X ki  ui
i = 1,2,...,n
abhängige Variable
Y
k-1 erklärende Variablen
X 2 , X 3 ,..., X k
Parameter
 2 ,  3 ,...,  k
Störterm
u
Anzahl der Beobachtungen
n
47
Regressionsmodell 1
•Die 1. Gleichung lässt sich auch ausführlicher darstellen, wie
folgt:
Y1  1   2 X 21   3 X 31     k X k1  u1
Y2  1   2 X 22   3 X 32     k X k 2  u2

YN  1   2 X 2 n   3 X 3n     k X kn  un
Für jede Beobachtung i = 1,2,...,n lässt eine solche
Gleichung aufstellen
48
Regressionsmodell 2
Dieses Gleichungssystem lässt sich auch in
Matrixschreibweise darstellen
Y1  1
Y  1
 2  
   
  
Yn  1
y 
n 1
X 21
X 22

X 2n
X 32
X 32

X 3n



X
nk
X kn   1   u1 
   u 
X k1 
  2   2 
      

  
X kn    k   u1 

k 1

u
n 1
y  n  1 Spaltenvektor von Beobachtungen der abhängigen
Variablen
X  n  1 Matrix mit n Beobachtungen der k-1 Variablen X 2 bis X k ,
die 1. Spalte bestehend aus 1 gibt das Absolutglied wieder
  k  1 Spaltenvektor der unbekannten Parameter  2 ,  3 ,...,  k
u  n  1 Spaltenvektor der n Störterme u i
49
Regressionsmodell 3
•im Rahmen des linearen Regressionsmodells
werden die unbekannten Parameter 1,  2 ,  3 ,...,  k
geschätzt





Yi   1   2 X 2i   3 X 3i     k X ki  u i


in kurzer Schreibweise: Y  X   u
in Matrixnotation:
 Y1 
1
Y 

 2   1
  




Yn 
1
y
n 1

X 21
X 22

X 2n
X 32
X 32

X 3n




 
X kn    1 
1
 
u



X k1    
u 2 
 2  

   

 
 

X kn   
 u1 


 k

X

nk
k 1


u
n 1
50
Regressionsmodell 4
^
 ist ein (k×1) Spaltenvektor der OLS-Schätzung
der Regressionskoeffizienten

u ist der (n×1) Spaltenvektor der n Residuen
•man erhält den OLS-Schätzer, indem man die
Residuenquadratsumme
minimiert

u ist der Abstand zwischen dem
tatsächlichen Wert von y

und dem geschätzten Wert y
y

in Hinblick auf die Schätzung der
Parameter soll dieser Abstand minimiert
werden bzw. die Summe über alle
Beobachtungen
u3

y3
y3
x1
x2
x3
x4
x5
x
51
Anwendungsbeispiel 1
Daten
Pro-Kopf Konsumausgaben, Y Pro-Kopf Einkommen, X 2 Zeit, X 3
1673
1839
1
1688
1844
2
1666
1831
3
1735
1881
4
1749
1883
5
1756
1910
6
1815
1969
7
1867
2016
8
1948
2126
9
2048
2239
10
2128
2336
11
2165
2404
12
2257
2487
13
2316
2535
14
2324
2595
15
52
Anwendungsbeispiel 2
Regressionsmodell


Yi   1  

2
in Matrixnotation:

X 2 i   3 X 3i  u i
1673 
1
1688 
1



1666 
1



1735 
1
1749 
1



1756 
1
1815 
1



1867   1
1948 
1



 2048
1



 2128
1
 2165
1



 2257 
1
 2316 
1





 2324 

1
1839
1844
1831
1881
1883
1910
1969
2016
2126
2239
2336
2404
2487
2535
2595
1 
2

3

4
5

6
7 

8 
9 

10

11
12

13
14

15

  
1
u


u2 
  
 u3 

u

 4 
 u5 
 
6 

u





1
 
u7 

    
 u8 
  2
 
 
u9 
3





u 10 
 
u 11 
 
12 
u

u 13 
 
u 14 
 
u 15 

y
151
X
151

151

u
151
53
Anwendungsbeispiel 3
OLS-Schätzer für die Parameter:
Schrittfolge
a)
b)
c)

X 'X
X 'X

X 'y
berechnen
1
berechnen
berechnen

d) Parametervektor  bestimmen
54
Anwendungsbeispiel 4
a)
 1
X X   X 21
 X 31
'
1
X 22
X 32
1
X 23
X 33
1
 1  1
 X 2 n  1

 X 2 n  
1
X 21
X 22
X 23

X 2n
X 31 
X 32   n
X 33    X 2i

    X 3i
X 2 n 
 X 2i
2
 X 2i
 X 2 i X 3i
 X 3i 

 X 2 i X 3i 
2
 X 3i 
1
1

1

1
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1  1
 1


 1839 1844 1831 1881 1883 1910 1969 2016 2126 2239 2336 2404 2487 2535 2595 1
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15  1

1

1
1

1
1
31,895
120 
 15

1
 31,895 68,923 272,144

 120
272,144

1240 
1839
1844
1831
1881
1883
1910
1969
2016
2126
2239
2336
2404
2487
2535
2595
1
2 
3

4
5

6
7

8
9

10

11
12

13
14

15
55
Anwendungsbeispiel 5
b)

31895
120 
 15
1
X ' X  31895 68922513 272144
 120
272,144
1240 
1

Bestimmung der Inverse gemäß der
zuvor beschriebenen Schrittfolge
Schritt 1: Determinante bilden
X X 
'
31895
120 
 15
 31895 68922513 272144  306223760
 120
272144
1240 
56
Anwendungsbeispiel 6
Schritt 2: Kofaktor-Matrix bestimmen
 68922513 272144 31895


120
1240
272144


15
31895 120


C
120
272144 1240


15
120
31895


 68922513 1240
31895
1,14015593810

   6892520
 409331320

272144
1240
120
1240
120
272144
31895 68922513 

272144 
120

15 31895


120 272144


31895 
15
31895 68922513 
 6892520 409331320

 254760 
4200
 254760 16546670 
57
Anwendungsbeispiel 7
Schritt 3: adjungierte Matrix bilden
1,14015593810

'
(adj A)  C     689252
 409331320

 689252 409331320

4200
 254760 
 254760 16546670 
Schritt 4: inverse Matrix bilden
 0,0225082
1,336707 
 37,23277
(X ' X) 1   0,0225082 0,0000137  0,0008319
 1,336707
 0,0008319
0,054031 
58
Anwendungsbeispiel 8
c)
X 'y
1673 
1688 


1666 


1735 
1749 


1756 
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1  1815 
 1



 1839 1844 1831 1881 1883 1910 1969 2016 2126 2239 2336 2404 2487 2535 2595 1867 
 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15  1948 


 2048


 2128
 2165


2257
2316


2324
 29135 
 62905821
 247934 
59
Anwendungsbeispiel 9
d)
  X ' X  X ' y

1
 0,0225082
1,336707   29135 
 37,23277
  0,0225082 0,0000137  0,0008319 62905821
 1,336707
 0,0008319
0,054031   247934 
300,28625
  0,74198 
 8,04356 
•geschätzte 
Gleichung: Y i  300, 28625  0, 74198X 2i  8, 04356X3i
60
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