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Lexikon der Mathematik: Intervall-Gleichungssystem

Zusammenfassung aller linearen Gleichungssysteme Ax = b, für die A in einer gegebenen Intervallmatrix A und b in einem gegebenen Intervallvektor b liegen. Formale Schreibweise: \begin{eqnarray}{\bf A}x=\bf b.\end{eqnarray}

Hierbei wird nicht nach einem Vektor x gesucht, der (1) auf der Basis der Intervallarithmetik algebraisch erfüllt, sondern nach der Lösungsmenge \begin{eqnarray}S=\{x|\exists A\in {\bf A}, b\in {\bf b}:Ax=b\}.\end{eqnarray} Wegen des Oettli-Prager-Kriteriums ist S in jedem Orthanten als Schnitt endlich vieler Halbräume darstellbar. Insbesondere ist S für eine reguläre Intervallmatrix A in jedem Orthanten ein konvexes Polytop.

Aufgrund der im allgemeinen aufwendigen Berechnung von S sucht man nach einer Einschließung durch einen Intervallvektor, die man z. B. mit dem Intervall-Gauß-Algorithmus oder mit dem Krawczyk-Verfahren erhält.

Bei einigen Problemstellungen ist man nur an linearen Gleichungssystemen mit symmetrischer Koeffizientenmatrix AA interessiert. Die zugehörige symmetrische Lösungsmenge \begin{eqnarray}{S}_{\text{sym}}=\{x|\exists A\in {\bf A},\quad b\in {\bf b}:A={A}^{T}\quad \text{und}\quad Ax=b\}\end{eqnarray} ist für eine reguläre Intervallmatrix in jedem Orthanten als Schnitt endlich vieler Mengen darstellbar, die jeweils durch eine Hyperebene oder eine Quadrik berandet werden.

Zur Einschließung von Ssym durch einen Intervallvektor kann das Intervall-Cholesky-Verfahren oder eine Modifikation des Krawczyk-Verfahrens verwendet werden.

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  • Die Autoren
- Prof. Dr. Guido Walz

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