Verwandte Themen

Frage
von rixtwix007
18.02.2024, 17:08
C++ Code für LGS?

Ich möchte mit einen C++-Programm alle LGS lösen können (endlich, unendlich und keine Lösungen). Ich habe auch einen Code. Endlich viele und keine Lösungen kann er recht gut (bisher), aber unendlich viele Lösungen kann er nicht anzeigen lassen (soll dann auch t einführen, nicht einfach einen Wert einsetzen).

Wo liegt der Fehler?

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cmath>

using namespace std;

// Funktion zur Berechnung des Determinanten einer Matrix
double determinant(vector<vector<double>>& matrix, int n) {
  double det = 0;

  if (n == 1) {
    return matrix[0][0];
  }

  if (n == 2) {
    return matrix[0][0] * matrix[1][1] - matrix[0][1] * matrix[1][0];
  }

  for (int i = 0; i < n; i++) {
    vector<vector<double>> subMatrix(n - 1, vector<double>(n - 1));

    for (int j = 1; j < n; j++) {
      for (int k = 0; k < n; k++) {
        if (k < i) {
          subMatrix[j - 1][k] = matrix[j][k];
        }
        else if (k > i) {
          subMatrix[j - 1][k - 1] = matrix[j][k];
        }
      }
    }

    det += pow(-1, i) * matrix[0][i] * determinant(subMatrix, n - 1);
  }

  return det;
}
 
// Funktion zur Durchführung der Gauss-Jordan-Elimination
void gaussJordan(vector<vector<double>>& matrix, vector<double>& constants) {
  int n = matrix.size();

  for (int i = 0; i < n; i++) {
    int maxIndex = i;

    for (int j = i + 1; j < n; j++) {
      if (abs(matrix[j][i]) > abs(matrix[maxIndex][i])) {
        maxIndex = j;
      }
    }

    if (maxIndex != i) {
      swap(matrix[maxIndex], matrix[i]);
      swap(constants[i], constants[maxIndex]); // Korrektur hier
    }

    double factor = matrix[i][i];

    for (int j = i; j < n; j++) {
      matrix[i][j] /= factor;
    }

    constants[i] /= factor;

    for (int j = 0; j < n; j++) {
      if (j != i) {
        double factor = matrix[j][i];

        for (int k = i; k < n; k++) {
          matrix[j][k] -= factor * matrix[i][k];
        }

        constants[j] -= factor * constants[i];
      }
    }
  }
}

// Funktion zur Überprüfung der Invertierbarkeit und zur Lösung des LGS
vector<double> solveLinearSystem(vector<vector<double>>& matrix, vector<double>& constants) {
  int n = matrix.size();
  double det = determinant(matrix, n);

  // Überprüfung auf unendlich viele Lösungen
  bool allZero = true;

  for (double constant : constants) {
    if (constant != 0) {
      allZero = false;
      break;
    }
  }

  if (det == 0) {
    if (allZero) {
      cout << "Das LGS hat unendlich viele Lösungen." << endl;
      return {}; // Leerer Vektor, da unendlich viele Lösungen existieren
    }
    else {
      cout << "Das LGS hat keine Lösung." << endl;
      return {}; // Leerer Vektor, da keine Lösung existiert
    }
  }

  // Anwendung der Gauss-Jordan-Elimination
  gaussJordan(matrix, constants);

  vector<double> solution(n);

  for (int i = 0; i < n; i++) {
    solution[i] = constants[i];
  }

  return solution;
}

int main() {
  vector<vector<double>> matrix = {
    { 1, -3,  5 },
    { 2, -5,  12 },
    { 3, -11,  11 }
  };
  vector<double> constants = { 2, 1, 12 };

  vector<double> solution = solveLinearSystem(matrix, constants);

  if (!solution.empty()) {
    cout << "Die Lösung des LGS ist: ";

    for (int i = 0; i < solution.size(); i++) {
      cout << "x" << i + 1 << " = " << solution[i] << ", ";
    }

    cout << endl;
  }
  else {
    cout << "Das LGS hat keine Lösung." << endl;
  }

  return 0;
}
Schule, Mathematik, programmieren, Cplusplus, Mathematiker, Programmiersprache, Algorithmus, lineare Gleichungssysteme
1 Antwort
Frage
von sarazus
18.01.2024, 14:39
Mit Bildern
LGS Frage?

Ich kann doch nicht 2 Gleichungen (jeweils 3 Variablen)in eine Gleichung (mit 4 Variablen) einsetzen mit den EinsetzungsVerfahren, wenn die Gleichungen, die ich dafür benutze 2 mal mit sich selbst addiert habe um einmal die eine Variable und das andere Mal die andere Variable weg zu eliminieren, um sie dann einzusetzen.

Es geht in meinem Fall um Ebenengleichungen, die beide in Parameterform sind und miteinander gleichgesetzt wurden. Hier in dem Fall sind ja schon Nullen, sodass man nichts mehr eliminieren muss, aber was wenn keine da sind, dann bin ich halt zu der gerade gestellten Frage gekommen, weil wenn man das mit dem Gauss-Verfahren machen würde, dann kann man ja nur die Gleichungen addieren, die gleich viele Nullen als Koeffizienten haben, sonst macht man sich die Stufenform kaputt, aber hier so wie im Bild mit Einsetzung Verfahren muss man ja selber nachdenken und da gibt es keine Stufenform. Normal denke ich mir man kann das von oben beschriebenen nicht durchführen, weil die gleiche Information benutzt wurde sozusagen, aber die Gleichungen sind ja nicht mehr äquivalent, was bedeutet die Lösungsmenge ist nicht gleich und es sollte eigentlich doch klappen und es kann sich nichts rauskürzen, wie wenn ich z.B.y-1=x in y=x+1 einsetze, was einfach nur eine wahre Aussage macht, aber nicht das LGS löst

Bild zum Beitrag
Mathematik, analytische Geometrie, Gleichungen, gauss-algorithmus, Gaußverfahren, lineare Gleichungssysteme
1 Antwort

Meistgelesene Fragen zum Thema Lineare Gleichungssysteme
Mehr meistgelesene Fragen zu Lineare Gleichungssysteme