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Iteration von Gleichungen mit mehreren Variablen

Forumthread: Iteration von Gleichungen mit mehreren Variablen

Iteration von Gleichungen mit mehreren Variablen
18.10.2019 13:48:30
Gleichungen
Liebe Excel-Anwender,
ich suche iterativ eine Lösung von drei Unbekannten aus drei Gleichungen. Die sehen wie folgt aus:
A = x + y + z
B = (x + y)*r + z + x*y
C = 0.08*x + (1-0.08)*y + r
dabei sind A, B und C bekannt, x,y,z und r sind unbekannt. Es lässt sich aber r über z ausrücken:
r = 0.00937035*z^0.516
Daraus ergibt sich:
A = x + y + z
B = (x + y)*0.00937035*z^0.516 + z + x*y
C = 0.08*x + (1-0.08)*y + 0.00937035*z^0.516
(Bsp. Werte: A = 0.6254373, B=0.3780467, C = 0.5204373)
Bekannt ist außerdem, dass alle Zahlen (A,B,C,x,y,z und r) größergleich 0 sind. Es sind 7 Nachkommastellen relevant.
Ich habe leider eigentlich nur Excel-Grundkenntnisse und die Lösung dieser Gleichungen überschreitet mein Wissen total. Ich habe es zunächst mit dem Solver-AddIn probiert. Hierfür hab ich die x,y,z variiert und die Formeln hinterlegt und dann anschleißend den Betrag der Abweichung der berechneten zur bekannten Lösungen von A, B und C errechenen lassen. Die Summe davon war als Ziel zu minimieren. Die Abweichungen waren dann allerdings deutlich zu hoch. Eine Lösung für den Zielwert = 0 konnte Excel nicht finden.
Kann mir hier irgendjemand weiter helfen, wie ich dieses Problem überhaupt angehen kann? Ist es mit Excel überhaupt möglich oder muss ich vielleicht auf Matlab oder ähnliches umsteigen?
Danke im Voraus für alle Antworten :)
Gesa
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1
Beitrag zum Forumthread
Beitrag zu diesem Forumthread

Betreff
Datum
Anwender
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AW: Iteration von Gleichungen mit mehreren Variablen
18.10.2019 15:24:32
Gleichungen
Hi
ich würde mal Bleistift und Papier empfehlen.
das Prinzip, welches du schon bei r und z angewand hast um r zu eleminieren kannst du ja weiter treiben, dh eine Gleichung nach einer unbekannten auflösen und dann den Term anstelle der Unbekannten in die Gleichung einsetzen, bis nur noch eine Gleichung mit einer unbekannten übrig bleibt, welche du dann berechnen kannst
Gruß Daniel
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Infobox / Tutorial

Iteration von Gleichungen mit mehreren Variablen in Excel


Schritt-für-Schritt-Anleitung

Um die Gleichungen iterativ in Excel zu lösen, kannst Du die folgenden Schritte befolgen:

  1. Gleichungen vorbereiten:

    • Schreibe die Gleichungen in separate Zellen. Zum Beispiel:
      • A1: =x + y + z
      • A2: =(x + y)*0.00937035*z^0.516 + z + x*y
      • A3: =0.08*x + (1-0.08)*y + 0.00937035*z^0.516
  2. Startwerte festlegen:

    • Lege Startwerte für x, y, z und r in separaten Zellen fest. Beispiel:
      • B1: x
      • B2: y
      • B3: z
      • B4: =0.00937035*B3^0.516 (Berechnung von r)
  3. Zielwert definieren:

    • In einer neuen Zelle kannst Du die Summe der Abweichungen von A, B und C berechnen:
      • C1: =ABS(A1 - A_Bekannt) + ABS(A2 - B_Bekannt) + ABS(A3 - C_Bekannt)
  4. Solver aktivieren:

    • Gehe zu Datei > Optionen > Add-Ins und aktiviere den Solver, falls dieser noch nicht aktiviert ist.
  5. Solver konfigurieren:

    • Gehe zu Daten > Solver.
    • Setze das Ziel auf die Zelle, die die Summe der Abweichungen enthält, und wähle „Minimieren“.
    • Setze die veränderbaren Zellen auf die Zellen für x, y und z.
  6. Solver ausführen:

    • Klicke auf „Lösen“. Überprüfe die Lösung und passe die Startwerte gegebenenfalls an.

Häufige Fehler und Lösungen

  • Fehler: Solver findet keine Lösung:

    • Stelle sicher, dass die Gleichungen korrekt eingegeben sind und dass die Startwerte realistisch sind. Überprüfe auch, ob Du die richtigen Zellen in den Solver-Einstellungen festgelegt hast.
  • Fehler: Zu hohe Abweichungen:

    • Überprüfe die Formeln auf Syntaxfehler oder falsche Verweise. Manchmal kann ein kleiner Eingabefehler große Auswirkungen auf das Ergebnis haben.

Alternative Methoden

Falls der Solver nicht die gewünschte Lösung liefert, kannst Du auch folgende Methoden ausprobieren:

  • Manuelle Iteration:

    • Setze die Werte für x, y und z manuell und beobachte die Veränderungen der Zielwerte. Dies kann hilfreich sein, um ein Gefühl für die Zusammenhänge zu bekommen.
  • Excel iterative Berechnung:

    • Aktiviere die iterative Berechnung in den Excel-Optionen (Datei > Optionen > Formeln). Setze eine maximale Anzahl an Iterationen oder eine Konvergenzschwelle.

Praktische Beispiele

Hier ist ein einfaches Beispiel, das zeigt, wie die Iteration in Excel funktioniert:

  1. Angenommene Werte:

    • A = 0.6254373
    • B = 0.3780467
    • C = 0.5204373
  2. Formeln in Zellen:

    • A1: =B1 + B2 + B3
    • A2: =(B1 + B2)*0.00937035*B3^0.516 + B3 + B1*B2
    • A3: =0.08*B1 + (1-0.08)*B2 + 0.00937035*B3^0.516
  3. Zielwert in C1:

    • C1: =ABS(A1 - A) + ABS(A2 - B) + ABS(A3 - C)

Tipps für Profis

  • Verwendung von Tabellen:

    • Nutze Excel-Tabellen, um Deine Daten besser zu organisieren und um die Formeln klarer zu gestalten.
  • Solver-Parameter optimieren:

    • Experimentiere mit verschiedenen Solver-Parametern (z. B. Toleranz, maximale Iterationen), um bessere Ergebnisse zu erzielen.
  • Verwendung von Datenanalyse-Tools:

    • Überlege, zusätzliche Tools oder Add-Ins zu verwenden, die speziell für komplexe mathematische Probleme entwickelt wurden.

FAQ: Häufige Fragen

1. Kann ich die Iteration auch ohne Solver durchführen?
Ja, Du kannst manuell Werte in Excel eingeben und die Ergebnisse beobachten. Dies erfordert jedoch mehr Zeit und Geduld.

2. Welche Excel-Version benötige ich für den Solver?
Der Solver ist in den meisten Excel-Versionen verfügbar, sowohl in Excel für Windows als auch in Excel für Mac. Stelle sicher, dass Du die neueste Version verwendest.

3. Wie kann ich sicherstellen, dass alle Werte positiv sind?
Füge im Solver Einschränkungen hinzu, um sicherzustellen, dass x, y, z und r immer größer oder gleich 0 sind.

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