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Arbeitsblatt · Studium

Orthogonalität, Gram-Schmidt und Definitheit: Aufgaben mit Lösungen

Der Generator stellt Aufgaben zur Linearen Algebra II: Länge von Vektoren, orthogonale Vektoren, Projektion, ein Schritt des Gram-Schmidt-Verfahrens, Definitheit und die Eigenwerte symmetrischer Matrizen. Mit Lösungen.

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Erklärung: Skalarprodukt, Orthogonalität und Spektralsatz

Hier übst du den Umgang mit dem Skalarprodukt im ℝ3 und mit symmetrischen Matrizen. Wähle oben eine Aufgabenart oder lass sie gemischt. Mit „Neue Aufgaben“ entsteht ein neues Blatt.

Das brauchst du

  • Länge: ‖v‖ = √⟨v, v⟩. Gut zu merken sind die Vektoren (1, 2, 2) mit Länge 3, (2, 3, 6) mit Länge 7 und (1, 4, 8) mit Länge 9.
  • Orthogonal: ⟨u, w⟩ = 0. Das ergibt bei einer unbekannten Komponente eine lineare Gleichung.
  • Projektion: proju v = (⟨v, u⟩ / ⟨u, u⟩) · u. Der Rest v − proj steht senkrecht auf u.
  • Gram-Schmidt: w2 = v2 − (⟨v2, v1⟩ / ⟨v1, v1⟩) · v1. Normiert wird erst am Ende.
  • Definitheit: Eine symmetrische 2 × 2-Matrix ist genau dann positiv definit, wenn a > 0 und die Determinante > 0 ist (Hauptminoren).
  • Eigenwerte: Spur = Summe, Determinante = Produkt der Eigenwerte. Daraus folgt λ2 − Spur · λ + Det = 0.

Die Erklärungen stehen auf der Seite Skalarprodukt und Orthogonalität bei Orthogonalität, Projektion, dem Gram-Schmidt-Verfahren und dem Spektralsatz sowie auf der Seite Bilinearformen und Quadriken bei der Definitheit.

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Arbeitsblatt von geschichtedermathematik.de/gram-schmidt-aufgaben/ · kostenlos für Unterricht und Lernen

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