Neue Medien im Mathematikunterricht

Das Arbeiten mit Matrizen
in EXCEL

Mathematik
am
Helmholtz



Befehlseingabe
(Standard)

Zu beachten sind lediglich zwei Eigentümlichkeiten, ohne die die Arbeit mit Matrizen in EXCEL nicht funktioniert. Besonders die zweite dieser Eigentümlichkeiten wird - von L und SuS - gerne vergessen:

  1. Der Zielbereich der Operation, also die Zellen, in die die Ergebnisse der Operation eingefügt werden, müssen vor der Befehlseingabe (= ...) komplett markiert werden. Erst danach wird in der Eingabezeile die Operation eingegeben.
  2. Das Bestätigen der in die Eingabezeile eingegebenen Operation erfolgt nicht wie gewohnt durch einfaches Drücken der Return-Taste, sondern durch das gleichzeitige Drücken von Strg+Shift+Return.

    In der Eingabezeile sieht man, wie der entsprechende Befehl ("=...") in geschweifte Klammern {=...} gesetzt wird. Dies ist das Zeichen dafür, dass EXCEL den Eingabebefehl - korrekt - auf das gesamte markierte Feld bezieht.

  3. Die Befehle lauten wie unten beschrieben.
 
Befehlseingabe
(mit Funktionsassistent)

Man kann alternativ einige Befehle im EXCEL-Klappmenue fx (Funktions-Assistent) nachschlagen. Dort finden sich allerdings nur die spezielleren Matrizenbefehele: MMULT, MTRANS, MINV (s.u.).
Zunächst wird wieder der Zielbereich markiert. Nach Anklicken des Befehls im Funktionsassistenten öffnet sich ein Eingabefeld, in dem mausgesteuert die zu verknüpfenden Matrizen ausgewählt werden können. Praktisch! Völlig dämlich hingegen ist der OK-Befehl, der den Gesamt-Befehl abschließt: Die Eingabe bezieht sich dann nämlich nur auf eine (1) Zelle, nicht auf das gesamte markierte Feld, d.h.

auch wer den Funktionsassistenten benutzt,
MUSS seine Eingabe mit STRG+SHIFT+RETURN
beenden.

Noch ein Hinweis zum Suchen in den Kategorien des Funktionsassistenten: Die o.g. M-Befehle finden sich sinnigerweise bis auf MTRANS nicht in der Kategorie MATRIX, sonder nur in der Komplettliste ALLE. Es wäre ja auch zu einfach, Dinge dort aufzulisten, wo ein schlichtes Gemüt sie vermutet.

 
Addition
S - Multiplikation
  1. Gib Matrix 1 und Matrix 2 ein.
  2. Markiere den Zielbereich. Achte dabei darauf, dass das Format (Zeile- und Spaltenlänge) stimmt.
  3. Schreibe direkt in die Befehlszeile (oder den markierten Bereich) die gewünschte Operation mit dem üblichen Plus- bzw. Malzeichen. Die gewünschte Matrix bzw. Zahl (Skalar) wird dabei wie üblich mit der Maus durch Markieren ausgewählt.
  4. Bestätige mit Strg+Shift+Return.
 Beispieldatei
für die
Addition und die S-Multiplikation in EXCEL
Matrizenmultiplikation
  1. Gib Matrix 1 und Matrix 2 ein.
  2. Markiere den Zielbereich. Achte dabei darauf, dass das Format (Zeile- und Spaltenlänge) stimmt.
  3. Schreibe statt des üblichen Malzeichens den Befehl
    = MMULT(Matrix1;Matrix2)
  4. Bestätige mit Strg+Shift+Return.
Beispieldatei
für die
Matrizenmultiplikation in EXCEL
S - Addition,
S - Subtraktion,
S - Division
In Analogie zur S-Multiplikation, also der zellenweisen Multiplikation mit einem Skalar, gibt es auch die zellenweise Addition, Subtraktion und Division mit einem Skalar. Man gibt die Befehle wie oben beschrieben ein, also ohne speziellen EXCEL-Befehl.

Anwendung: In einer Kostenmatrix werden alle anfallenden Posten um 2 € erhöht.
zusammenfassende
Beispieldatei
mit Beispielen für sämtliche aufgeführten Verknüpfungen
zellenweises
Multiplizieren
und Dividieren
Wählt man statt des Befehls =MMULT(...;...) nur das Multiplikationszeichen, werden die beiden Matrizen Zelle für Zelle miteinander multipliziert. Entsprechendes gilt für die Division.

Anwendung: Matrix 1 enthält die Transportmengen, Matrix 2 die entsprechenden Transportkosten pro Mengeneinheit. Die zellenweise Multipliktion liefert die absoluten Kosten pro eingetragenem Posten.
Transponieren In Analogie zur eben beschriebenen M-Multiplikation. Der Befehl lautet:
= MTRANS(Matrix1;Matrix2)

Dreiergriff beachten: Strg+Shift+Return!!!
Invertieren
In Analogie zur eben beschriebenen M-Multiplikation. Der Befehl lautet:
= MINV(Matrix)

Dreiergriff beachten: Strg+Shift+Return!!!
Gauss - Jordan - Form Tja, hier verlässt EXCEL uns und wir EXCEL. Die hier nötigen Operationen beherrscht EXCEL nicht. Wir müssen uns damit an ein CAS-System wenden.

Es gibt den sog. EXCEL-Solver. Mit aufwändigen Zwischenschritten lässt sich dann ebenfalls ein Diagonlisierungsverfahren nachbauen. Dies geht aber über die Dinge hinaus, die man mit Schülern machen sollte. Der Wechsel auf ein CAS System ist daher deutlich sinnvoller.
 




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