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Aufgabe:

Berechnen Sie den kleinsten Wert von

(x+y-1)^2+(x+z-1)^2+(y-z-1)^2+(x+2y+2z-1)^2


Problem/Ansatz:

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Was ist daran linear? Ist nicht mal eine Gleichung...

Überbestimmtes Gleichungssystem

Das ist ein Klausurbeispiel und ich finde leider keinen Lösungsansatz.

Das ist aber KEINE Gleichung!

Das geht bestenfalls als Term durch - was ist damit?

Wenn man eine Gleichung daraus macht, dann ist das ein Ellipsoid...

1 Antwort

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Meine ersten Überlegungen:                 

                       (Richtige Lösung am Ende, jetzt mit Begründung.)

Drei der Klammerterme müssen gleich Null sein.

(x+y-1)^2+(x+z-1)^2+(y-z-1)^2+(x+2y+2z-1)^2

Ich versuche es mit den ersten drei Termen.


x+y-1=0       (1)

x+z-1=0       (2)

y-z-1=0        (3)

---------------------

(2)+(3)

x+y-2=0

Das widerspricht der Gleichung (1)

-------------------------

Versuchen wir es mit den ersten beiden und dem letzten:

x+y-1=0      (1)
x+z-1=0      (2)
x+2y+2z-1=0        (3)

--------------------------

Aus (1) und (2) folgt y=z

x+y-1=0      (1)
x+4y-1=0        (3)

Daraus folgt y=0, also z=0, x=1

Damit wird

(x+y-1)^2+(x+z-1)^2+(y-z-1)^2+(x+2y+2z-1)^2

zu 0+0+1+0=1

-----------------------------------

Nach abakus' Hinweis habe ich wolframalpha befragt:

\( \min \left\{(x+y-1)^{2}+(x+z-1)^{2}+(y-z-1)^{2}+(x+2 y+2 z-1)^{2}\right\}=\frac{1}{3} \) at \( (x, y, z)=  \left(1, \frac{1}{3},-\frac{1}{3}\right) \)

----------------------------------

Und so geht es:

Du musst die partiellen Ableitungen nach x, y und z gleich 0 setzen. Dann bekommst du drei Gleichungen mit drei Variablen. Die Lösungen stehen im vorigen Absatz.


\( f(x,y,z)=(x+2 y+2 z-1)^{2}+(x+y-1)^{2}+(x+z-1)^{2}+(y-z-1)^{2}\)


\( \frac{\partial f}{\partial x}=6x+6y+6z-6=0 \)

\( \frac{\partial f}{\partial y}=6 x+12 y+6 z-8 =0\)

\( \frac{\partial f}{\partial z}=6 x+6 y+12 z-4 =0\)

  

Avatar von 47 k
Drei der Klammerterme müssen gleich Null sein.

Warum??? Dieser Ansatz könnte zur Folge haben, dass der vierte Klammerterm dafür unangemessen groß wird. Möglicherweise gibt es eine kleinere Summe, wenn mehrere Klammerterme zwar nicht 0, aber immerhin ziemlich klein sind.

@abakus

Da hast du natürlich recht. Ich sehe meine Antwort als Versuch, sich der Lösung zu nähern. Vielleicht gibt es ja eine andere Möglichkeit. Dann müsste die Summe kleiner als 1 sein.

@abakus

Ich habe meine Antwort ergänzt. Danke für deinen Tipp.

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