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Ich habe eine Aufgabe zur Givens Rotation zu lösen, mit der ich leider nichts anfangen kann. Vielleicht könnt ihr mir ja helfen.


Gegeben sei der Vektor a=\( \begin{pmatrix} -2\\-4\\4 \end{pmatrix} \).


Berechnen Sie eine Givens-Rotation G so, dass nach der Anwendung dieser von links auf a dieser in die Spalte a`=\( \begin{pmatrix} γ\\0\\4 \end{pmatrix} \) übergeht. Machen Sie eine Probe!


Lg Gustavo

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Hallo Gustavo,

D.h. Du sollst den Vektor \(a\) von links mit einer orthogonalen 3x3-Matrix \(G\) multiplizieren, so dass \(a'\) dabei heraus kommt. $$a'= G \cdot a = \begin{pmatrix}\gamma\\ 0\\ 4\end{pmatrix}, \quad a = \begin{pmatrix}a_1\\ a_2\\ a_3\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}-2\\ -4\\ 4\end{pmatrix}$$So wie \(a'\) beschaffen ist, ist das hier eine \(G_{2,1}\), die allgemein so aussieht$$G_{2,1} = \begin{pmatrix}c& s& 0\\ -s& c& 0\\ 0& 0& 1\end{pmatrix}$$und in diesem speziellen Fall ist$$\rho =\operatorname{sgn}(a_1)\sqrt{a_1^2+a_2^2} = -\sqrt{(-2)^2+(-4)^2} = -2\sqrt 5\\ c=\frac{a_{1}}{\rho} = \frac{-2}{-2\sqrt 5} = \frac1{\sqrt 5} \\s=\frac{a_{2}}{\rho} = \frac{-4}{-2\sqrt 5}= \frac{2}{\sqrt 5} \\ G = G_{2,1} = \begin{pmatrix} 1/\sqrt 5& 2/\sqrt 5& 0\\ -2/\sqrt 5& 1/\sqrt 5& 0\\ 0& 0& 1\end{pmatrix}$$Die Probe ist dann$$\begin{pmatrix} 1/\sqrt 5& 2/\sqrt 5& 0\\ -2/\sqrt 5& 1/\sqrt 5& 0\\ 0& 0& 1\end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix}-2\\ -4\\ 4\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}-2\sqrt 5\\ 0\\ 4\end{pmatrix}$$Gruß Werner

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Hallo Werner.


Danke für deine schnelle Antwort, deine Rechnung habe ich kapiert.


Eine Frage hätte ich allerdings noch. Worum handelt es sich bei a1 und a2?


Ich hätte gedacht um die Einträge des Vektors a. Aber das kann ja nicht sein, denn dann wäre a1=-2 und a2=-4 und somit c= 2/5 bspw.

Eine Frage hätte ich allerdings noch. Worum handelt es sich bei a1 und a2?
Ich hätte gedacht um die Einträge des Vektors a

das ist richtig. \(a_1\) und \(a_2\) sind die Elemente des Vektors \(a\) $$a=\begin{pmatrix}a_1\\ a_2\\ a_3\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}-2\\ -4\\ 4\end{pmatrix}$$

Aber das kann ja nicht sein, denn dann wäre a1=-2 und a2=-4 und somit c= 2/5 bspw.

Der (vorzeichenbehaftete) Betrag \(\rho\) von \(a_1\) und \(a_2\) ist$$\rho = \operatorname{sgn}(a_1) \sqrt{a_1^2 + a_2^2} = -2\sqrt 5$$Folglich ist z.B.$$c = \frac{a_1}{\rho} = \frac{-2}{-2\sqrt 5} = \frac 1{\sqrt 5}$$

Btw.: in welchem Studiengang wird denn 'Givens-Rotation' gelehrt?

noch 'n Hinweis: Laut der Erklärung der Indizierung der Matrix \(G_{i,k}\) im Wiki-Artikel müsste es oben in meiner Antwort \(G_{2,1}\) heißen. Im gleichen Artikel wird es aber bei den Beispielen genau anders herum benutzt!

Bei Geogebra heißt es konsequent \(G_{2,1}\).

Alles klar, Vielen Dank!


Habe mich nur verrechnet. Bei mir war (-2)^2+4^2=25 :(

\( \sqrt{(-2)^2+4^2} \)=\( \sqrt{25} \)=5

$$\sqrt{(-2)^2 + (-4)^2} = \sqrt{4+16} = \sqrt{20} = \sqrt{4\cdot 5} = 2\sqrt 5$$Vielleicht ist auch schon zu spät am Tag ;-)

ja. Es scheint so :)


Eine Frage hätte ich bei der Gelegenheit noch. Wie bestimme ich das Signum genau?


Wenn ich bei dem Vektor oben z.b das sgn(a3) bestimmen will, achte ich dann einfach auf das Vorzeichen, also in dem Fall +, wegen +4? und dementsprechend ist das sgn(a3) dann +?

\(\operatorname{sgn}\) soll die Vorzeichenfunktion sein. Ich sehe aber gerade, dass das hier nicht der Definition im Wiki-Artikel entspricht! Hier gilt $$\operatorname{sgn}(x) = \begin{cases}+1 &x \ge 0\\ -1 & x \lt 0\end{cases}$$wobei \(\rho \ne 0\) sein sollte, aber anders macht es sowieso keinen Sinn.

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Für \(a \, :=  \, \left(\begin{array}{r}a_{11}\\a_{21}\\a_{31}\\\end{array}\right)\)

a21 = 0

\( Q=\left(\begin{array}{rrr}\frac{a11}{\sqrt{a21^{2} + a11^{2}} \; \operatorname{sgn}\left(a11 \right)}&\frac{a21}{\sqrt{a21^{2} + a11^{2}} \; \operatorname{sgn}\left(a11 \right)}&0\\\frac{-a21}{\sqrt{a21^{2} + a11^{2}} \; \operatorname{sgn}\left(a11 \right)}&\frac{a11}{\sqrt{a21^{2} + a11^{2}} \; \operatorname{sgn}\left(a11 \right)}&0\\0&0&1\\\end{array}\right)  \)

\(Q \cdot a=\left(\begin{array}{r}-2 \; \sqrt{5}\\0\\4\\\end{array}\right)\)

Grundlagen und app

https://www.geogebra.org/m/f2t62ad9

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