Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Сервис предоставляет подробное решение.

Найдём решение системы линейных уравнений методом Крамера.

Примеры

Система линейных уравнений с двумя неизвестными

Система линейных ур-ний с тремя неизвестными

Система четырёх уравнений

Система линейных уравнений с четырьмя неизвестными

© Контрольная работа РУ — калькуляторы онлайн

Видео:Решение системы уравнений методом Крамера.Скачать

Решение системы уравнений методом Крамера.

Где учитесь?

Для правильного составления решения, укажите:

Видео:Метод Крамера за 3 минуты. Решение системы линейных уравнений - bezbotvyСкачать

Метод Крамера за 3 минуты. Решение системы линейных уравнений - bezbotvy

Метод Крамера – теорема, примеры решений

Метод Крамера часто применяется для систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ). Этот способ решения один из самых простых. Как правило, данный метод применяется только для тех систем, где по количеству неизвестных столько же, сколько и уравнений. Чтобы получилось решить уравнение, главный определитель матрицы не должен равняться нулю.

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Габриель Крамер – математик, создатель одноименного метода решения систем линейных уравнений

Габриель Крамер – известный математик, который родился 31 июля 1704 года. Ещё в детстве Габриель поражал своими интеллектуальными способностями, особенно в области математики. Когда Крамеру было 20 лет, он устроился в Женевский университет штатным преподавателем.

Во время путешествия по Европе Габриель познакомился с математиком Иоганном Бернулли, который и стал его наставником. Только благодаря Иоганну, Крамер написал много статей по геометрии, истории математики и философии. А в свободное от работы время изучал математику всё больше и больше.

Наконец-то наступил тот день, когда Крамер нашёл способ, при помощи которого можно было бы легко решать не только лёгкие, но и сложные системы линейных уравнений.

В 1740 году у Крамера были опубликованы несколько работ, где доступно изложено решение квадратных матриц и описан алгоритм, как находить обратную матрицу. Далее математик описывал нахождения линейных уравнений разной сложности, где можно применить его формулы. Поэтому тему так и назвали: «Решение систем линейных уравнений методом Крамера».

Учёный умер в возрасте 48 лет (в 1752 году). У него было ещё много планов, но, к сожалению, он так и не успел их осуществить.

Видео:Решение системы уравнений методом Крамера 2x2Скачать

Решение системы уравнений методом Крамера 2x2

Вывод формулы Крамера

Пусть дана система линейных уравнений такого вида:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

где Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений– неизвестные переменные, Метод крамера для дифференциальных уравнений– это числовые коэффициенты, в Метод крамера для дифференциальных уравнений– свободные члены.

Решением СЛАУ (систем линейных алгебраических уравнение) называются такие неизвестные значения Метод крамера для дифференциальных уравненийпри которых все уравнения данной системы преобразовываются в тождества.

Если записать систему в матричном виде, тогда получается Метод крамера для дифференциальных уравнений, где

Метод крамера для дифференциальных уравнений

В данной главной матрице находятся элементы, коэффициенты которых при неизвестных переменных,

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Это матрица-столбец свободных членов, но есть ещё матрица-столбец неизвестных переменных:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

После того, когда найдутся неизвестные переменные, матрица Метод крамера для дифференциальных уравненийи будет решением системы уравнений, а наше равенство Метод крамера для дифференциальных уравненийпреобразовывается в тождество. Метод крамера для дифференциальных уравнений. Если умножить Метод крамера для дифференциальных уравнений, тогда Метод крамера для дифференциальных уравнений. Получается: Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Если матрица Метод крамера для дифференциальных уравнений– невырожденная, то есть, её определитель не равняется нулю, тогда у СЛАУ есть только одно единственное решение, которое находится при помощи метода Крамера.

Как правило, для решения систем линейных уравнений методом Крамера, нужно обращать внимания на два свойства, на которых и основан данный метод:

1. Определитель квадратной матрицы Метод крамера для дифференциальных уравненийравняется сумме произведений элементов любой из строк (столбца) на их алгебраические дополнения:

Метод крамера для дифференциальных уравнений, здесь Метод крамера для дифференциальных уравнений– 1, 2, …, n; Метод крамера для дифференциальных уравнений– 1, 2, 3, …, n.

2. Сумма произведений элементов данной матрицы любой строки или любого столбца на алгебраические дополнения определённых элементов второй строки (столбца) равняется нулю:

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

где Метод крамера для дифференциальных уравнений– 1, 2, …, n; Метод крамера для дифференциальных уравнений– 1, 2, 3, …, n. Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Итак, теперь можно найти первое неизвестное Метод крамера для дифференциальных уравнений. Для этого необходимо умножить обе части первого уравнения системы на Метод крамера для дифференциальных уравнений, части со второго уравнения на Метод крамера для дифференциальных уравнений, обе части третьего уравнения на Метод крамера для дифференциальных уравненийи т. д. То есть, каждое уравнение одной системы нужно умножать на определённые алгебраические дополнения первого столбца матрицы Метод крамера для дифференциальных уравнений:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Теперь прибавим все левые части уравнения, сгруппируем слагаемые, учитывая неизвестные переменные Метод крамера для дифференциальных уравненийи приравняем эту же сумму к сумме правых частей системы уравнения:

Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Можно обратиться к вышеописанным свойствам определителей и тогда получим:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

И предыдущее равенство уже выглядит так:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Откуда и получается Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Аналогично находим Метод крамера для дифференциальных уравнений. Для этого надо умножить обе части уравнений на алгебраические дополнения, которые находятся во втором столбце матрицы Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Теперь нужно сложить все уравнения системы и сгруппировать слагаемые при неизвестных переменных. Для этого вспомним свойства определителя:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Откуда получается Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Аналогично находятся все остальные неизвестные переменные.

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

тогда получаются формулы, благодаря которым находятся неизвестные переменные методом Крамера:

Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Замечание.

Тривиальное решение Метод крамера для дифференциальных уравненийпри Метод крамера для дифференциальных уравненийможет быть только в том случае, если система уравнений является однородной Метод крамера для дифференциальных уравнений. И действительно, если все свободные члены нулевые, тогда и определители равняются нулю, так как в них содержится столбец с нулевыми элементами. Конечно же, тогда формулы Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравненийдадут Метод крамера для дифференциальных уравнений

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Видео:2 минуты на формулы Крамера ➜ Решение систем уравнений методом КрамераСкачать

2 минуты на формулы Крамера ➜ Решение систем уравнений методом Крамера

Метод Крамера – теоремы

Прежде чем решать уравнение , необходимо знать:

  1. теорему аннулирования;
  2. теорему замещения.

Теорема замещения

Сумма произведений алгебраических дополнений любого столбца (строки) на произвольные числа Метод крамера для дифференциальных уравненийравняется новому определителю, в котором этими числами заменены соответствующие элементы изначального определителя, что отвечают данным алгебраическим дополнениям.

Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений

где Метод крамера для дифференциальных уравнений– алгебраические дополнения элементов Метод крамера для дифференциальных уравненийпервого столбца изначального определителя:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Теорема аннулирования

Сумма произведений элементов одной строки (столбца) на алгебраические дополнения соответствующих элементов другой строки (столбца) равняется нулю.

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Видео:Решение систем линейных алгебраических уравнений методом Крамера.Скачать

Решение систем линейных алгебраических уравнений  методом Крамера.

Алгоритм решения уравнений методом Крамера

Метод Крамера – простой способ решения систем линейных алгебраических уравнений. Такой вариант применяется исключительно к СЛАУ, у которых совпадает количество уравнений с количеством неизвестных, а определитель отличен от нуля.

Итак, когда выучили все этапы, можно переходить к самому алгоритму решения уравнений методом Крамера. Запишем его последовательно:

Шаг 1. Вычисляем главный определитель матрицы

Метод крамера для дифференциальных уравнений

и необходимо убедиться, что определитель отличен от нуля (не равен нулю).

Шаг 2. Находим определители

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Это и есть определители матриц, которые получались из матрицы Метод крамера для дифференциальных уравненийпри замене столбцов на свободные члены.

Шаг 3. Вычисляем неизвестные переменные

Теперь вспоминаем формулы Крамера, по которым вычисляем корни (неизвестные переменные):

Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Шаг 4. Выполняем проверку

Выполняем проверку решения при помощи подстановки Метод крамера для дифференциальных уравненийв исходную СЛАУ. Абсолютно все уравнения в системе должны быть превращены в тождества. Также можно высчитать произведение матриц Метод крамера для дифференциальных уравнений. Если в итоге получилась матрица, которая равняется Метод крамера для дифференциальных уравнений, тогда система решена правильно. Если же не равняется Метод крамера для дифференциальных уравнений, скорей всего в одном из уравнений есть ошибка.

Давайте для начала рассмотрим систему двух линейных уравнений, так как она более простая и поможет понять, как правильно использовать правило Крамера. Если вы поймёте простые и короткие уравнения, тогда сможете решить более сложные системы трёх уравнений с тремя неизвестными.

Кроме всего прочего, есть системы уравнений с двумя переменными, которые решаются исключительно благодаря правилу Крамеру.

Итак, дана система двух линейных уравнений:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Для начала вычисляем главный определитель (определитель системы):

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Значит, если Метод крамера для дифференциальных уравнений, тогда у системы или много решений, или система не имеет решений. В этом случае пользоваться правилом Крамера нет смысла, так как решения не получится и нужно вспоминать метод Гаусса, при помощи которого данный пример решается быстро и легко.

В случае, если Метод крамера для дифференциальных уравнений, тогда у система есть всего одно решение, но для этого необходимо вычислить ещё два определителя и найти корни системы.

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Часто на практике определители могут обозначаться не только Метод крамера для дифференциальных уравнений, но и латинской буквой Метод крамера для дифференциальных уравнений, что тоже будет правильно.

Корни уравнения найти просто, так как главное, знать формулы:

Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений

Так как мы смогли решить систему двух линейных уравнений, теперь без проблем решим и систему трёх линейных уравнений, а для этого рассмотрим систему:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Здесь алгебраические дополнения элементов – первый столбец Метод крамера для дифференциальных уравнений. Во время решения не забывайте о дополнительных элементах. Итак, в системе линейных уравнений нужно найти три неизвестных – Метод крамера для дифференциальных уравненийпри известных других элементах.

Создадим определитель системы из коэффициентов при неизвестных:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Умножим почленно каждое уравнение соответственно на Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений– алгебраические дополнения элементов первого столбца (коэффициентов при Метод крамера для дифференциальных уравнений) и прибавим все три уравнения. Получаем:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Согласно теореме про раскладывание, коэффициент при Метод крамера для дифференциальных уравненийравняется Метод крамера для дифференциальных уравнений. Коэффициенты при Метод крамера для дифференциальных уравненийи Метод крамера для дифференциальных уравненийбудут равняться нулю по теореме аннулирования. Правая часть равенства по теореме замещения даёт новый определитель, который называется вспомогательным и обозначается

Метод крамера для дифференциальных уравнений

После этого можно записать равенство:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Для нахождения Метод крамера для дифференциальных уравненийи Метод крамера для дифференциальных уравненийперемножим каждое из уравнений изначальной системы в первом случае соответственно на Метод крамера для дифференциальных уравнений, во втором – на Метод крамера для дифференциальных уравненийи прибавим. Впоследствии преобразований получаем:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Если Метод крамера для дифференциальных уравнений, тогда в результате получаем формулы Крамера:

Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений

Видео:Метод Крамера Пример РешенияСкачать

Метод Крамера Пример Решения

Порядок решения однородной системы уравнений

Отдельный случай – это однородные системы:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Среди решений однородной системы могут быть, как нулевые решения Метод крамера для дифференциальных уравнений, так и решения отличны от нуля.

Если определитель Метод крамера для дифференциальных уравненийоднородной системы (3) отличен от нуля Метод крамера для дифференциальных уравнений, тогда у такой системы может быть только одно решение.

Действительно, вспомогательные определители Метод крамера для дифференциальных уравнений, как такие у которых есть нулевой столбец и поэтому, за формулами Крамера Метод крамера для дифференциальных уравнений

Если у однородной системы есть отличное от нуля решение, тогда её определитель Метод крамера для дифференциальных уравненийравняется нулю Метод крамера для дифференциальных уравнений

Действительно, пусть одно из неизвестных , например, Метод крамера для дифференциальных уравнений, отличное от нуля. Согласно с однородностью Метод крамера для дифференциальных уравненийРавенство (2) запишется: Метод крамера для дифференциальных уравнений. Откуда выплывает, что Метод крамера для дифференциальных уравнений

Видео:Математика Без Ху!ни. Система линейных уравнений. Метод Крамера.Скачать

Математика Без Ху!ни. Система линейных уравнений. Метод Крамера.

Примеры решения методом Крамера

Рассмотрим на примере решение методом Крамера и вы увидите, что сложного ничего нет, но будьте предельно внимательно, так как частые ошибки в знаках приводят к неверному ответу.

Задача

Решить систему линейных уравнений методом Крамера:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Решение

Первое, что надо сделать – вычислить определитель матрицы:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Как видим, Метод крамера для дифференциальных уравнений, поэтому по теореме Крамера система имеет единственное решение (система совместна). Далее нужно вычислять вспомогательные определители. Для этого заменяем первый столбец из определителя Метод крамера для дифференциальных уравненийна столбец свободных коэффициентов. Получается:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Аналогично находим остальные определители:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Ответ

Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Задача

Решить систему уравнений методом Крамера:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Решение

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Ответ

Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравненийМетод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений

Проверка

Метод крамера для дифференциальных уравнений* Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений* Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений* Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений* Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений* Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений* Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений

Уравнение имеет единственное решение.

Ответ

Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений Метод крамера для дифференциальных уравнений= Метод крамера для дифференциальных уравнений

Задача

Решить систему методом Крамера

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Решение

Как вы понимаете, сначала находим главный определитель:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Как мы видим, главный определитель не равняется нулю и поэтому система имеет единственное решение. Теперь можно вычислить остальные определители:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

При помощи формул Крамера находим корни уравнения:

Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Чтобы убедиться в правильности решения, необходимо сделать проверку:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Как видим, подставив в уравнение решённые корни, у нас ответ получился тот же, что и в начале задачи, что говорит о правильном решении уравнений.

Ответ

Система уравнений имеет единственное решение: Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Есть примеры, когда уравнение решений не имеет. Это может быть в том случае, когда определитель системы равен нулю, а определители при неизвестных неравны нулю. В таком случае говорят, что система несовместна, то есть не имеет решений. Посмотрим на следующем примере, как такое может быть.

Задача

Решить систему линейных уравнений методом Крамера:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Решение

Как и в предыдущих примерах находим главный определитель системы:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

В этой системе определитель равняется нулю, соответственно, система несовместна и определенна или же несовместна и не имеет решений. Чтобы уточнить, надо найти определители при неизвестных так, как мы делали ранее:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Мы нашли определители при неизвестных и увидели, что все они не равны нулю. Поэтому система несовместна и не имеет решений.

Ответ

Система не имеет решений.

Часто в задачах на системы линейных уравнений встречаются такие уравнения, где есть не одинаковые буквы, то есть, кроме букв, которые обозначают переменные, есть ещё и другие буквы и они обозначают некоторое действительное число. На практике к таким уравнениям и системам уравнений приводят задачи на поиск общих свойств каких-либо явлений и предметов. То есть, изобрели вы какой-либо новый материал или устройство, а для описания его свойств, общих независимо от величины или количества экземпляра, нужно решить систему линейных уравнений, где вместо некоторых коэффициентов при переменных – буквы. Давайте и рассмотрим такой пример.

Задача

Решить систему линейных уравнений методом Крамера:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Решение

В этом примере Метод крамера для дифференциальных уравнений– некоторое вещественное число. Находим главный определитель:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Находим определители при неизвестных:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Используя формулы Крамера, находим:

Метод крамера для дифференциальных уравнений, Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Ответ

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

Метод крамера для дифференциальных уравнений.

И наконец, мы перешли к самой сложной системе уравнений с четырьмя неизвестными. Принцип решения такой же, как и в предыдущих примерах, но в связи с большой системой можно запутаться. Поэтому рассмотрим такое уравнение на примере.

Задача

Найти систему линейных уравнений методом Крамера:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Здесь действуют система определителей матрицы высших порядков, поэтому вычисления и формулы рассмотрены в этой теме, а мы сейчас просто посчитаем систему уравнений с четырьмя неизвестными.

Решение

Метод крамера для дифференциальных уравнений

В изначальном определители из элементов второй строки мы отнимали элементы четвёртой строки, а из элементов третьей строки отнимались элементы четвёртой строки, которые умножались на 2. Также отнимали из элементов четвёртой строки элементы первой строки, умноженной на два. Преобразования первоначальных определителей при трёх первых неизвестных произведены по такой же схеме. Теперь можно находить определители при неизвестных:

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Метод крамера для дифференциальных уравнений

Для преобразований определителя при четвёртом неизвестном из элементов первой строки мы вычитали элементы четвёртой строки.

Теперь по формулам Крамера нужно найти:

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Ответ

Итак, мы нашли корни системы линейного уравнения:

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

Метод крамера для дифференциальных уравнений,

Метод крамера для дифференциальных уравнений.

Видео:Решение системы уравнений методом Крамера 4x4Скачать

Решение системы уравнений методом Крамера 4x4

Подведём итоги

При помощи метода Крамера можно решать системы линейных алгебраических уравнений в том случае, если определитель не равен нулю. Такой метод позволяет находить определители матриц такого порядка, как Метод крамера для дифференциальных уравненийна Метод крамера для дифференциальных уравненийблагодаря формулам Крамера, когда нужно найти неизвестные переменные. Если все свободные члены нулевые, тогда их определители равны нулю, так как в них содержится столбец с нулевыми элементами. И конечно же, если определители равняются нулю, лучше решать систему методом Гаусса, а не Крамера, только тогда ответ будет верный.

Рекомендуем почитать для общего развития

Решение методом Крамера в Excel

Видео:Метод Крамера для решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) в ExcelСкачать

Метод Крамера для решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) в Excel

Метод Крамера для решения СЛАУ

В данной статье мы разберем, как найти неизвестные переменные по методу Крамера и опишем решение систем линейных уравнений.

Метод Крамера предназначен для того, чтобы решать системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), в которых число неизвестных переменных равняется числу уравнений, а определитель основной матрицы не равен нулю.

Видео:Линейная алгебра, 8 урок, Метод КрамераСкачать

Линейная алгебра, 8 урок, Метод Крамера

Метод Крамера — вывод формул

Найти решение системы линейных уравнений вида:

a 11 x 1 + a 12 x 2 + . . . + a 1 n x n = b 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 + . . . + a 2 n x n = b 2 ⋮ a n 1 x 1 + a n 2 x 2 + . . . + a n n x n = b n

В этой системе x 1 , x 2 , . . . , x n — неизвестные переменные,

a i j , i = 1 , 2 , . . . , n ; j = 1 , 2 , . . . , n — числовые коэффициенты,

b 1 , b 2 , . . . , b n — свободные члены.

Решение такой системы линейных алгебраических уравнений — набор значений x 1 , x 2 , . . . , x n , при которых все уравнения системы становятся тождественными.

Матричный вид записи такой системы линейных уравнений:

A X = B , где A = a 11 a 12 ⋯ a 1 n a 21 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ a n 1 a n 2 ⋯ a n n — основная матрица системы, в которой ее элементы — это коэффициенты при неизвестных переменных;

B = b 1 b 2 ⋮ b n — матрица-столбец свободных членов;

X = x 1 x 2 ⋮ x n — матрица-столбец неизвестных переменных.

После того как мы найдем неизвестные переменные x 1 , x 2 , . . . , x n , матрица X = x 1 x 2 ⋮ x n становится решением системы уравнений, а равенство A X = B обращается в тождество.

Метод Крамера основан на 2-х свойствах определителя матрицы:

  • Определитель квадратной матрицы A = a i j , i = 1 , 2 , . . . , n ; j = 1 , 2 , . . . , n равняется сумме произведений элементов какой-либо строки (столбца) на их алгебраические дополнения:

a 11 a 12 ⋯ a 1 n a 21 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ a n 1 a n 2 ⋯ a n n = a p 1 × A p 1 + a p 2 × A p 2 + . . . + a p n × A p n = a 1 q × A 1 q + a 2 q × A 2 q + . . . + a n q × A n q

  • Сумма произведений какой-либо строки (столбца) квадратной матрицы на алгебраические дополнения соответствующие элементы другой матрицы равняется нулю:

a p 1 × A p 1 + a p 2 × A p 2 + . . . + a p n × A p n = 0 a 1 q × A 1 q + a 2 q × A 2 q + . . . + a n q × A n q = 0

p = 1 , 2 , . . . , n , q = 1 , 2 , . . . , n p не равно q

Приступаем к нахождению неизвестной переменной x 1 :

  • Умножаем обе части первого уравнения системы на А 11 , обе части второго уравнения на А 21 и т.д. Таким образом, мы умножаем уравнения системы на соответствующие алгебраические дополнения 1-го столбца матрицы А :

A 11 a 11 x 1 + A 11 a 12 x 2 + . . . + A 11 a 1 n x n = A 11 b 1 A 21 a 21 x 1 + A 21 a 22 x 2 + . . . + A 21 x 2 n x n = A 21 b 2 ⋯ A n 1 a n 1 x 1 + A n 1 a n 2 x 2 + . . . + A n 1 a n n x n = A n 1 b n

  • Складываем все левые части уравнения системы, сгруппировав слагаемые при неизвестных переменных , и приравниваем получившуюся сумму к сумме всех правых частей уравнения:

x 1 ( A 11 a 11 + A 21 a 21 + . . . + A n 1 a n 1 ) + + x 2 ( A 11 a 12 + A 21 a 22 + . . . + A n 1 a n 2 ) + + . . . + + x n ( A 11 a 1 n + A 21 a 2 n + . . . + A n 1 a n n ) = = A 11 b 1 + A 21 b 2 + . . . + A n 1 b n

Если воспользоваться свойствами определителя, то получится:

А 11 а 11 + А 21 а 21 + . . . + А n 1 a n 1 = А А 11 а 12 + А 21 а 22 + . . . + А n 1 а n 2 = 0 ⋮ A 11 a 1 n + A 21 a 2 n + . . . + A n 1 a n n = 0

A 11 b 1 + A 21 b 2 + . . . + A n 1 b n = b 1 a 12 ⋯ a 1 n b 2 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ b n a n 2 ⋯ a n n

Предыдущее равенство будет иметь следующий вид:

x 1 A = b 1 a 12 ⋯ a 1 n b 2 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ b n a n 2 ⋯ a n n .

x 1 = b 1 a 12 ⋯ a 1 n b 2 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ b n a n 2 ⋯ a n n A

Таким же образом находим все оставшиеся неизвестные переменные.

∆ = b 1 a 12 ⋯ a 1 n b 2 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ b n a n 2 ⋯ a n n , ∆ x 1 = b 1 a 12 ⋯ a 1 n b 2 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ b n a n 2 ⋯ a n n ,

∆ x 2 = b 1 a 12 ⋯ a 1 n b 2 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ b n a n 2 ⋯ a n n , . ∆ x n = b 1 a 12 ⋯ a 1 n b 2 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ b n a n 2 ⋯ a n n .

то получаются формулы для нахождения неизвестных переменных по методу Крамера:

x 1 = ∆ x 1 ∆ , x 2 = ∆ x 2 ∆ , . . . , x n = ∆ x n ∆ .

Видео:Олегу Тинькову запрещён вход на Мехмат МГУСкачать

Олегу Тинькову запрещён вход на Мехмат МГУ

Алгоритм решения СЛАУ методом Крамера

  • Необходимо вычислить определитель матрицы системы и убедиться, что он не равен нулю.
  • Найти определители

∆ x 1 = b 1 a 12 ⋯ a 1 n b 2 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ b n a n 2 ⋯ a n n

∆ x 2 = b 1 a 12 ⋯ a 1 n b 2 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ b n a n 2 ⋯ a n n

∆ x n = b 1 a 12 ⋯ a 1 n b 2 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ b n a n 2 ⋯ a n n

Эти определители являются определителями матриц, которые получены из матрицы А путем замены k -столбца на столбец свободных членов.

  • Вычислить неизвестные переменные при помощи формул:

x 1 = ∆ x 1 ∆ , x 2 = ∆ x 2 ∆ , . . . , x n = ∆ x n ∆ .

  • Выполнить проверку результатов: если все определители являются тождествами, то решение найдено верно.

Видео:Решение системы трех уравнений по формулам КрамераСкачать

Решение системы трех уравнений по формулам Крамера

Примеры решения СЛАУ методом Крамера

Найти решение неоднородной системы линейных уравнений методом Крамера:

3 x 1 — 2 x 2 = 5 6 2 x 1 + 3 x 2 = 2

Основная матрица представлена в виде 3 — 2 2 3 .

Мы можем вычислить ее определитель по формуле:

a 11 a 12 a 21 a 22 = a 11 × a 22 — a 12 × a 21 : ∆ = 3 — 2 2 3 = 3 × 3 — ( — 2 ) × 2 = 9 + 4 = 13

Записываем определители ∆ x 1 и ∆ x 2 . Заменяем 1-ый столбец основной матрицы на столбец свободных членов и получаем определитель ∆ x 1 = 5 6 — 2 2 3

По аналогии заменяем второй столбец основной матрицы на столбец свободных членов и получаем определитель:

Находим эти определители:

∆ x 1 = 5 6 — 2 2 3 = 5 6 × 3 — 2 ( — 2 ) = 5 2 + 4 = 13 2

∆ x 2 = 3 5 6 2 2 = 3 × 2 — 5 6 × 2 = 6 — 5 3 = 13 3

Находим неизвестные переменные по следующим формулам

x 1 = ∆ x 1 ∆ , x 2 = ∆ x 2 ∆

x 1 = ∆ x 1 ∆ = 13 2 13 = 1 2

x 2 = ∆ x 2 ∆ = 3 13 = 1 3

Выполняем проверку — подставляем полученные значения переменных в в исходную систему уравнений:

3 1 2 — 2 1 3 = 5 6 2 1 2 + 3 1 3 = 2 ⇔ 5 6 = 5 6 2 = 2

Оба уравнения превращаются в тождества, поэтому решение верное.

Ответ: x 1 = 1 2 , x 2 = 1 3

Поскольку некоторые элементы системы линейных уравнений могут равняться нулю, то в системе не будет соответствующих неизвестных переменных.

Найти решение 3-х нелинейных уравнений методом Крамера с 3-мя неизвестными:

2 y + x + z = — 1 — z — y + 3 x = — 1 — 2 x + 3 z + 2 y = 5

За основную матрицу нельзя брать 2 1 1 — 1 — 1 — 3 — 2 3 2 .

Необходимо привести к общему порядку все неизвестные переменные во всех уравнениях системы:

x + 2 y + z = — 1 3 x — y — z = — 1 — 2 x + 2 y + 3 z = 5

С этого момента основную матрицу хорошо видно:

1 2 1 3 — 1 — 1 — 2 2 3

Вычисляем ее определитель:

∆ = 1 2 1 3 — 1 — 1 — 2 2 3 = 1 × ( — 1 ) × 3 + 2 × ( — 1 ) ( — 2 ) + 1 × 2 × 3 — 1 ( — 1 ) ( — 2 ) — 2 × 3 × 3 — — 1 ( — 1 ) × 2 = — 11

Записываем определители и вычисляем их:

∆ x = — 1 2 1 — 1 — 1 — 1 5 2 3 = ( — 1 ) ( — 1 ) × 3 + 2 ( — 1 ) × 5 + 1 ( — 1 ) × 2 — 1 ( — 1 ) × 5 — 2 ( — 1 ) × 3 — — 1 ( — 1 ) × 2 = 0

∆ y = 1 — 1 1 3 — 1 — 1 — 2 5 3 = 1 ( — 1 ) × 3 + ( — 1 ) ( — 1 ) ( — 2 ) + 1 × 3 × 5 — 1 ( — 1 ) ( — 2 ) — ( — 1 ) — — 1 ( — 1 ) × 2 = 22

∆ z = 1 2 — 1 3 — 1 — 1 — 2 2 5 = 1 ( — 1 ) × 5 + 2 ( — 1 ) ( — 2 ) + ( — 1 ) × 3 × 2 — ( — 1 ) ( — 1 ) ( — 2 ) — 2 × 3 × 5 — — 1 ( — 1 ) × 2 = — 33

Находим неизвестные переменные по формулам:

x = ∆ x ∆ , y = ∆ y ∆ , z = ∆ z ∆ .

x = ∆ x ∆ = 0 — 11 = 0

y = ∆ y ∆ = 22 — 11 = — 2

z = ∆ z ∆ = — 33 — 11 = 3

Выполняем проверку — умножаем основную матрицу на полученное решение 0 — 2 3 :

1 2 1 3 — 1 — 1 — 2 2 3 × 0 — 2 3 = 1 × 0 + 2 ( — 2 ) + 1 × 3 3 × 0 + ( — 1 ) ( — 2 ) + ( — 1 ) × 3 ( — 2 ) × 0 + 2 ( — 2 ) + 3 × 3 = — 1 — 1 5

Результатом являются столбцы свободных членов исходной системы уравнений, следовательно, решение верное.

Ответ: x = 0 , y = — 2 , z = 3

💥 Видео

Матан за час. Шпаргалка для первокурсника. Высшая математикаСкачать

Матан за час. Шпаргалка для первокурсника. Высшая математика

Метод Крамера. Решение системы линейных уравнений методом Крамера.Скачать

Метод Крамера. Решение системы линейных уравнений методом Крамера.

Решение системы уравнений методом ГауссаСкачать

Решение системы уравнений методом Гаусса

10. Метод Крамера решения систем линейных уравнений.Скачать

10. Метод Крамера решения систем линейных уравнений.

Метод выделения полного квадрата. 8 класс.Скачать

Метод выделения полного квадрата. 8 класс.

Система 4x4. Решение по правилу Крамера.Скачать

Система 4x4. Решение по правилу Крамера.

Математика это не ИсламСкачать

Математика это не Ислам

Матричный метод решения систем уравненийСкачать

Матричный метод решения систем уравнений
Поделиться или сохранить к себе: