Wie kann ich Matrizen aneinander ausrichten und beschriften?

Question

Ich habe drei zusammengehörige Matrizen, die ich aneinander ausrichten möchte. Zusätzlich müssen an die große Matrix noch zwei geschweifte Klammern mit Beschriftung. Am Ende soll es ungefähr so aussehen:

alt text

Hier ist als Ausgangspunkt noch der Code für die drei Matrizen:

Open in writeLaTeX

\documentclass{scrartcl}
\usepackage{amsmath}
\begin{document}
$\begin{matrix}
    &\text{u}_\text{I}&\text{v}_\text{I}&\text{u}_\text{II}&\text{v}_\text{II}&\text{u}_\text{III}&\text{v}_\text{III}\\[5pt]
    \text{u}_{1}&1&0&0&0&0&0\\
    \text{v}_{1}&0&1&0&0&0&0\\
    \text{u}_{2}&0&0&1&0&0&0\\
    \text{v}_{2}&0&0&0&1&0&0\\[.5\normalbaselineskip]
    \text{u}_{1}&0&0&0&0&1&0\\
    \text{v}_{1}&0&0&0&0&0&1\\
    \text{u}_{2}&0&0&1&0&0&0\\
    \text{v}_{2}&0&0&0&1&0&0
\end{matrix}$
\hfill
$\text{\underline{I}}_{1}=
  \begin{bmatrix}
    1&0&0&0&0&0\\
    0&1&0&0&0&0\\
    0&0&1&0&0&0\\
    0&0&0&1&0&0
  \end{bmatrix}$

\hfill
$\text{\underline{I}}_{2}=
  \begin{bmatrix}
    0&0&0&0&1&0\\
    0&0&0&0&0&1\\
    0&0&1&0&0&0\\
    0&0&0&1&0&0
  \end{bmatrix}$
\end{document}

Wie kann ich aber die große Matrix beschriften, die geschweiften Klammern einfügen und die kleinen Matrizen daneben postionieren?

Accepted Answer

4

Hier eine Lösung, die auf dem Ausgangscode basiert und ohne TikZ auskommt. Stattdessen bleibe ich bei array-Features und verwende zusätzlich die Pakete bigdelim und multirow. bigdelim stellt Befehle \ldelim und \rdelim zur Verfügung, mit denen man große Klammern über mehrere Zeilen setzen kann plus zusätzlichen Text daneben. multirow lade ich nur, weil es von bigdelim benötigt wird.

Die Syntax ist:

Open in writeLaTeX

\ldelim\{{Zeilenzahl}{Breite}[Text links daneben]
\rdelim\}{Zeilenzahl}{Breite}[Text rechts daneben]

wobei statt den geschweiften Klammern \{ und \} auch andere Klammern (Delimiter) gehen, wie (, ), \[ und \] und sogar der Punkt . für keine Klammer. Das nutze ich für die Ausrichtung rechts aus.

Die rechten beiden Matrizen habe ich mal als Makros definiert, damit man die Übersicht behält.

Zusätzlich verwende ich die amsmath Matrix-Erweiterung, um optional Spaltenformatierung in Matrizen festlegen zu können. Hier nämlich \begin{matrix}[rc|*6{c}l] für die zusätzlichen Spalten für die Beschriftung links und die Matrizen rechts sowie für die Trennlinie.

Open in writeLaTeX

\documentclass{scrartcl}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{bigdelim}
\usepackage{multirow}
\makeatletter
\renewcommand*{\env@matrix}[1][*\c@MaxMatrixCols c]{%
  \hskip -\arraycolsep
  \let\@ifnextchar\new@ifnextchar
  \array{#1}}
\makeatother
\newcommand*{\matrixA}{\text{\underline{I}}_{1}=
  \begin{bmatrix}
    1&0&0&0&0&0\\
    0&1&0&0&0&0\\
    0&0&1&0&0&0\\
    0&0&0&1&0&0
  \end{bmatrix}}
\newcommand*{\matrixB}{\text{\underline{I}}_{2}=
  \begin{bmatrix}
    0&0&0&0&1&0\\
    0&0&0&0&0&1\\
    0&0&1&0&0&0\\
    0&0&0&1&0&0
  \end{bmatrix}}
\begin{document}
$\begin{matrix}[rc|*6{c}l]
    & &\text{u}_\text{I}&\text{v}_\text{I}&\text{u}_\text{II}&
      \text{v}_\text{II}&\text{u}_\text{III}&\text{v}_\text{III}&\\
    \cline{2-8}
    \ldelim\{{4}{2.5em}[El.1] & \text{u}_{1}&1&0&0&0&0&0&
      \rdelim.{4}{4em}[$\Rightarrow\matrixA$] \\
    & \text{v}_{1}&0&1&0&0&0&0&\\
    & \text{u}_{2}&0&0&1&0&0&0&\\
    & \text{v}_{2}&0&0&0&1&0&0&\\[.5\normalbaselineskip]
    \ldelim\{{4}{2.5em}[El.2] & \text{u}_{1}&0&0&0&0&1&0 &
      \rdelim.{4}{4em}[$\Rightarrow\matrixB$] \\
    & \text{v}_{1}&0&0&0&0&0&1&\\
    & \text{u}_{2}&0&0&1&0&0&0&\\
    & \text{v}_{2}&0&0&0&1&0&0&
\end{matrix}$
\end{document}

Matrizen mit Ausrichtung und Beschriftung

Permanenter link

beantwortet 06 Jan '14, 12:28

stefan ♦♦
18.3k●16●31●48
Akzeptiert-Rate: 50%

bearbeitet 10 Jan '14, 11:44

Answer 2

Für das Ausrichten der drei Matrizen und für das Einfügen der Klammern kann man tikz nutzen. Auf den ersten Blick erscheint es mir am einfachsten die große Matrix ebenfalls mit tikz zu erstellen:

\documentclass{scrartcl}
\usepackage{amsmath}

\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{matrix,fit}
\tikzset{%
  % Stil für linke geschweifte Klammern mit Beschriftung:
  mleftdelimiter/.style={inner ysep=0pt, inner xsep=1ex,left delimiter=\{,label={[label distance=3mm]left:#1}}
}

\begin{document}
\begin{center}
  \begin{tikzpicture}
    \matrix(tab)[matrix of math nodes]{
        &[5pt]\text{u}_\text{I}&\text{v}_\text{I}&\text{u}_\text{II}&\text{v}_\text{II}&\text{u}_\text{III}&\text{v}_\text{III}\\[5pt]
        \text{u}_{1}&1&0&0&0&0&0\\
        \text{v}_{1}&0&1&0&0&0&0\\
        \text{u}_{2}&0&0&1&0&0&0\\
        \text{v}_{2}&0&0&0&1&0&0\\[.5\normalbaselineskip]
        \text{u}_{1}&0&0&0&0&1&0\\
        \text{v}_{1}&0&0&0&0&0&1\\
        \text{u}_{2}&0&0&1&0&0&0\\
        \text{v}_{2}&0&0&0&1&0&0\\
    };
  \draw([yshift=-2pt]tab.west|-tab-1-2.south)--([yshift=-2pt]tab-1-2.south-|tab.east);
  \draw([xshift=-2pt]tab.north-|tab-1-2.west)--([xshift=-2pt]tab-1-2.west|-tab.south);
  \path (tab-3-7.south east)--(tab-4-7.north east)node[midway,right]{%
    $\Rightarrow\ \text{\underline{I}}_{1}=
      \begin{bmatrix}
        1&0&0&0&0&0\\
        0&1&0&0&0&0\\
        0&0&1&0&0&0\\
        0&0&0&1&0&0
      \end{bmatrix}$};
  \path (tab-7-7.south east)--(tab-8-7.north east)node[midway,right]{%
    $\Rightarrow\ \text{\underline{I}}_{2}=
      \begin{bmatrix}
        0&0&0&0&1&0\\
        0&0&0&0&0&1\\
        0&0&1&0&0&0\\
        0&0&0&1&0&0
      \end{bmatrix}$};
  \node[mleftdelimiter={$\text{EL}_{1}$},fit = (tab-2-1) (tab-5-1)]{};
  \node[mleftdelimiter={$\text{EL}_{2}$},fit = (tab-6-1) (tab-9-1)]{};
  \end{tikzpicture}
\end{center}
\end{document}

alt text

Vermutlich kann man das Gleiche aber auch mit einer Tabelle oder einem array erreichen.

Wie kann ich Matrizen aneinander ausrichten und beschriften?

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