16.2.14  Auswirkungen von Rundungsfehlern

Die bisher aufgeführten Verfahren

bergen die Gefahr von Rundungsfehlern.
Beispiel 16 - 43:
Das Gleichungssystem

x1+x2=2
x1+1,0001· x2=2,0001



hat
(1,1) als Lösung. Lag nun beispielsweise ein Rundungsfehler vor,

x1+x2=2
x1+1,0001· x2=2

,

erhält man als Lösung
(2,0), was deutlich von der ersten Lösung abweicht.
Sind die Rundungseffekte noch stärker,so erhält man

x1+x2=2
x1+x2=2

,

mit unendlich vielen Lösungen
(2−λ,λ), λ ∈ R, was nochmals deutlich von der ersten Lösung abweicht. Wenn sehr kleine Veränderungen der Werte solch große Auswirkungen auf die Lösungen haben, spricht man von einem schlecht konditioniertem Gleichungssystem.
Bem Gleichungssystem

0,00001· x1+x2=1
x1+x2=2



tritt dies beispielsweise nicht auf, das Gleichungssystem ist gut konditioniert. Ein Runden ergibt

 x2=1
x1+x2=2

,

und man erhält als Lösung
(1,1). Bei Anwendung des Gauß-Verfahrens erhält man jedoch

0,00001 · x1+x2=1
 −9999· x2=−99998



und daraus
x2=0,99990. Rundet man diesen Wert auf 1, so ergibt sich aus der ersten Gleichung
0,0001 · x1 + 1 = 1 ⇒ x1 = 0,

also eine Lösung
(0,1) und nicht (1,1) wie erwartet. Der Fehler ließe sich durch entsprechende Umstellung vermeiden, indem man z.B. die Variablen vertauscht:

x2+0,00001· x1=1
x2+1· x1=2



was zu den Gleichungen führt:

x2+0,00001· x1=1
 0,9999· x1=1



und daraus nach Rundung das Ergebnis
(1,1). Indem man die Diagonalelemente durch Umstellung möglichst groß macht (Pivotisieren), läßt sich dieser Effekt meist reduzieren.