Lösbarkeit mit Parameter
Voraussetzung: Art der Lösungsmenge
In Klausuren steht in einem Gleichungssystem oft ein Buchstabe, etwa \(k\), und gefragt ist: Für welche \(k\) hat das System genau eine, keine oder unendlich viele Lösungen? Du löst das System nicht für jedes \(k\) einzeln, sondern bringst es mit dem Gauß-Verfahren in Dreiecksform und liest ab, wo das \(k\) die Pivotzeile zerstört. Voraussetzung sind die Gauß-Schritte und die Karte zur Art der Lösungsmenge.
Die Idee: Ein System ist eindeutig lösbar, wenn nach den Gauß-Schritten jede Variable eine Pivotzeile hat. Steht das \(k\) im Koeffizienten einer Pivotzeile, kann es diese Zeile zu \(0\) machen. Für fast alle \(k\) passiert das nicht, für ein oder zwei Werte schon. Diese kritischen Werte findest du, indem du den Koeffizienten nach dem Gauß-Schritt gleich \(0\) setzt.
Was am kritischen Wert geschieht, entscheidet die rechte Seite der Zeile. Steht links nur noch \(0\), lautet die Zeile \(0=c\). Ist \(c=0\), gibt es unendlich viele Lösungen, ist \(c\neq 0\), gibt es keine. Eine eindeutige Lösung gibt es am kritischen Wert nie.
Der kritische Wert über die Determinante
Bei zwei Gleichungen in zwei Unbekannten kommst du schneller zum kritischen Wert, wenn du die Koeffizienten als Matrix schreibst und die Determinante gleich \(0\) setzt. Für (I) \(2x+3y=5\), (II) \(4x+ky=7\) ist die Determinante \(2k-3\cdot 4=2k-12\). Sie ist \(0\) für \(k=6\). Die Probe mit dem Gauß-Schritt \(\text{II}-2\cdot\text{I}\) zeigt in der \(y\)-Spalte \(k-6\) und rechts \(7-10=-3\). Für \(k=6\) steht dort \(0=-3\): keine Lösung.
Ein zweites Beispiel, wenn k in beiden Gleichungen steht
Bei (I) \(x+ky=4\), (II) \(kx+9y=6\) steht das \(k\) in beiden Gleichungen. Die Determinante ist \(1\cdot 9-k\cdot k=9-k^2\). Sie ist \(0\) für \(k^2=9\), also für \(k=3\) und für \(k=-3\). Für alle anderen \(k\) ist das System eindeutig lösbar. An den beiden kritischen Werten schaust du jeweils die rechte Seite an. Für \(k=3\) ist (II) \(3x+9y=6\) das Dreifache von \(x+3y=2\), während (I) \(x+3y=4\) lautet: Die Gleichungen widersprechen sich, es gibt keine Lösung.