Beispiel für ein Gleichungsystem mit unendlich vielen Lösungen
\begin{eqnarray*} 6x_{1} + 9x_{2} + 9x_{3} + 9x_{4} & = & 3\\ 2x_{1} + 1x_{2} + 5x_{3} -3x_{4} & = & 1\\ 2x_{1} + 4x_{2} +2x_{3} +6x_{4} & = & 1\\ 4x_{1} +5x_{2} +7x_{3} + 3x_{4} & = & 2 \end{eqnarray*} Die Variable $x_{1}$ wird aus den Zeilen 2-4 eliminiert. Für die Eliminierung in der zweiten und auch in der dritten Zeile wird die erste Zeile durch 3 geteilt und dann von der zweiten Zeilen und der dritten abgezogen. Analog wird die erste Zeile 2/3 multipliziert und anschließend vierten Zeile subtrahiert. Damit ist $x_{1}$ nur noch in der ersten Zeile vorhanden. \begin{eqnarray*} 6x_{1} +& 9x_{2} + 9x_{3} + 9x_{4} & = & 3\\ -&2x_{2} + 2x_{3} -6x_{4} & = & 0\\ +& 1x_{2} -1x_{3} +3x_{4} & = & 0\\ -&1x_{2} +1x_{3} - 3x_{4} & = & 0 \end{eqnarray*} Die zweite Reihe wird durch 2 geteilt und dann zur dritten addiert und von der vierten subtrahiert. Es ergibt sich: \begin{eqnarray*} 6x_{1} + &9x_{2} +& 9x_{3} + 9x_{4} & = & 3\\ - &2x_{2} +& 2x_{3} -6x_{4} & = & 0\\ & &0\cdot x_{3} +0\cdot x_{4} & = & 0\\ & & 0\cdot x_{3} + 0\cdot x_{4} & = & 0 \end{eqnarray*} Da die Aussage der letzten beiden Zeilen wahr ist (0=0), können diese Zeile nun vernachlässigt werden. Es bleiben nur die ersten zwei Zeilen. \begin{eqnarray*} 6x_{1} + &9x_{2} +& 9x_{3} + 9x_{4} & = & 3\\ - &2x_{2} +& 2x_{3} -6x_{4} & = & 0\\ \end{eqnarray*} Auflösen z.B. nach $x_1$ und $x_2$ liefert: \begin{eqnarray*} x_{1} & = & - 9/6 x_{2} - 9/6 x_{3} - 9/6x_{4}+3/6\\ x_{2} & = & x_{3} -3x_{4} \\ \end{eqnarray*} Ersetzt man in der ersten Gleichung $x_2$ durch die rechte Seite der zweiten Gleichung, so ergibt sich: \begin{eqnarray*} x_{1} & = & - 1,5 ( x_{3} -3x_{4}) - 1,5 x_{3} - 1,5x_{4}+0,5\\ x_{2} & = & x_{3} -3x_{4} \\ \end{eqnarray*} also \begin{eqnarray*} x_{1} & = & - 3 x_{3} +3x_{4} +0,5\\ x_{2} & = & x_{3} -3x_{4} \\ \end{eqnarray*} Jede beliebige Wahl von $x_3$ und $x_4$ liefert eine Lösung für das Gleichungfssystem.
Es bestehen somit unendliche viele Lösungen für das Gleichungssystem.

Der Gaußsche Algorithmus liefert somit auch Informationen über die Lösbarkeit eines linearen Gleichungssystems. In diesem Beispiel kann man durch den Algorithmus zwar eine Lösung bestimmen, jedoch sind zwei Variablen frei wählbar, d.h. das Gleichungssystem hat zwei Freiheitsgrade.

Aufgabe
Wählen Sie für $x_3$ und $x_4$ irgend welche Werte, bestimmen Sie damit $x_1$ und $x_2$ und zeigen Sie, dass für diese $x_1$ und $x_2$ das obige Gleichungssystem erfüllt ist.
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