Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Решение систем линейных уравнений

Эта страничка поможет решить Системы Линейных Алгебраических Уравнений (СЛАУ) методом Гаусса, матричным методом или методом Крамера, исследовать их на совместность (теорема Кронекера-Капелли), определить количество решений, найти общее, частное и базисные решения.

Введите коэффициенты при неизвестных в поля. Если Ваше уравнение имеет меньшее количество неизвестных, то оставьте пустыми поля при переменных, не входящих в ваше уравнение. Можно использовать дроби ( 13/31 ).

Видео:Решение системы уравнений методом Крамера 2x2Скачать

Решение системы уравнений методом Крамера 2x2

Определители второго и третьего порядков и их свойства с примерами решения

Содержание:

Определители второго порядка:

Под определителем (детерминантом) второго порядка понимается выражение

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Числа Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Формула (1) дает правило «развертывания» определителя второго порядка, а именно: определитель второго порядка равен разности произведений его элементов первой и второй диагоналей.

Видео:Решение систем уравнений второго порядка. 8 класс.Скачать

Решение систем уравнений второго порядка. 8 класс.

Определители второго порядка

С помощью определителей второго порядка удобно решать линейные системы двух уравнений с двумя неизвестными:

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Такую линейную систему, в которой свободные члены находятся в правых частях, для определенности мы будем называть стандартной.

Под решением системы (2) понимается всякая пара чисел (х, у), обращающая эту систему в тождество. Если существует только одна такая пара, то решение называется единственным. Аналогично вводится понятие решения для системы, содержащей п неизвестных Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка.

Для нахождения решений системы (2) применим метод исключения. Умножая первое уравнение системы (2) на Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка, а второе — на — Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаи складывая, будем иметь

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Аналогично, умножая первое уравнение системы (2) на а2 второе — на Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаскладывая, получаем

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Введем определитель системы

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

а также дополнительные определители

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Заметим, что дополнительные определители Dx и Dy получаются из определителя системы D путем замены коэффициентов при указанном неизвестном на соответствующие свободные члены.

Уравнения (3) и (4) принимают вид

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Если Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка, то отсюда получаем, что система (2) имеет единственное решение

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Замечание. Если определитель D = 0, то система (2) или не имеет решений (т. е. несовместна), или имеет бесконечно много решений (т. е. система неопределенная).

Пример:

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Решение:

Имеем Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Отсюда на основании формул Крамера (6) получаем

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаГеометрически решение (95; 110) представляет собой точку пересечения прямых (7).

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

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

Система двух однородных уравнений с тремя неизвестными

Рассмотрим однородную систему

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Эта система всегда совместна, так как, очевидно, имеет нулевое решение х = 0, у = 0, z = 0. Однако интересно найти не н у л е в ы е решения (х, у, z) системы (1). Пусть, например, Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка.

Тогда систему (1) можно переписать в виде

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаОтсюда, предполагая, что Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка, получаемСистема линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Введем в рассмотрение матрицу коэффициентов системы (1)Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Определители второго порядка Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка, которые получаются из матрицы (5) путем вычеркивания соответствующего столбца, называются ее минорами. Таким образом, имеем Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Используя эти обозначения, уравнения (3) и (4) можно переписать в следующем виде:

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Равенства (6), очевидно, справедливы также и для нулевого решения.

Таким образом, имеем следующее правило: неизвестные однородной системы (1) пропорциональны соответствующим минорам ее матрицы коэффициентов, взятым с надлежащими знаками.

Обозначая через t коэффициент пропорциональности для отношений (6), получим полную систему решений системы (1):

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

При выводе формул (7) мы предполагали, что Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка. Однако, как легко убедиться, формулы (7) будут справедливы, если любой (хотя бы один) из миноров Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаотличен от нуля.

Замечание. Если все миноры Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаравны нулю, то система (1) требует особого рассмотрения.

Пример:

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Решение:

Составляя матрицу коэффициентов

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

находим ее миноры: Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаНа основании формулы (7) полная система решений системы (8) имеет вид

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

где Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Простейшее ненулевое решение системы (1), получающееся при t — 1, есть х = -3, у = 18, z = 13.

Видео:Система линейных уравнений. Общее решение. Метод ГауссаСкачать

Система линейных уравнений.  Общее решение. Метод Гаусса

Определители третьего порядка

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Числа Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядканазываются элементами определителя; они расположены в трех строках и трех столбцах его (ряды определителя). ,

Раскрывая определители второго порядка (миноры) в формуле (1) и собирая члены с одинаковыми знаками, получаем, что определитель третьего порядка представляет собой знакопеременную сумму шести слагаемых:

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

из которых три берутся со знаком плюс, а три — со знаком минус.

Пример:

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Решение:

Используя формулу (1), имеем Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаВ дальнейшем мы укажем более удобные способы вычисления определителей третьего порядка.

Определение: Под минором элемента определителя третьего порядка понимается определитель младшего (второго) порядка, получающийся из данного определителя в результате вычеркивания строки и столбца, содержащих данный элемент.

Например, для определителя (3) минором его элемента 2, стоящего во второй строке и в первом столбце, является определитель Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаВ дальнейшем для краткости будем говорить, что элемент определителя третьего порядка занимает четное место, если сумма номеров его строки и его столбца есть число четное, и нечетное место, если эта сумма есть число нечетное.

Определение: Алгебраическим дополнением (минором со знаком) элемента определителя третьего порядка называется минор этого элемента, взятый со знаком плюс, если элемент занимает четное место у и со знаком минус, если его место нечетное.

Таким образом, если М есть минор элемента определителя, a i и j — соответственно номер строки и номер столбца, на пересечении которых находится данный элемент, то его алгебраическое дополнение есть

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Например, для элемента с2 определителя (1), находящегося во второй строке и в третьем столбце, его алгебраическое дополнение естьСистема линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Соответствующие знаки, приписываемые при этом минорам элементов определителя, можно задать таблицей

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

В дальнейшем алгебраические дополнения элементов определителя с буквенными элементами условимся обозначать соответствующими прописными (большими) буквами.

Теорема Разложения: Определитель третьего порядка равен сумме парных произведений элементов какого-либо ряда его на их алгебраические дополнения (под рядом понимается строка или столбец).

Таким образом, для определителя (1) справедливы шесть разложений: Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Легко проверить, что формулы (4) и (5) дают одно и то же выражение (2), принятое за определение.

Замечание. С помощью формул типа (4) или (5), по индукции, можно ввести определители высших порядков.

Видео:Математика без Ху!ни. Метод Гаусса. Совместность системы. Ранг матрицы.Скачать

Математика без Ху!ни. Метод Гаусса. Совместность системы. Ранг матрицы.

Основные свойства определителей

При формулировках мы не будем указывать порядок определителя, так как эти свойства справедливы для определителей любого порядка.

I. (Равноправность строк и столбцов.) Определитель не меняет своего значения при замене всех его строк соответствующими столбцами, т. е.Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Действительно, разлагая первый определитель по элементам первой строки, а второй — по элементам первого столбца, в силу теоремы разложения мы получим один и тот же результат.

II. При перестановке двух параллельных рядов определителя его модуль сохраняет прежнее значение, а знак меняется на обратный.

Пусть, например, в определителе Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкапереставлены первая и вторая строки; тогда получим определитель Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаРазлагая определитель D по элементам второй строки и учитывая, что при перестановке строк изменилась четность мест этих элементов, будем иметь

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Аналогичное положение получается и в других случаях.

Следствие 1. Определитель, у которого два параллельных ряда одинаковы, равен нулю.

В самом деле, пусть, например,

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Переставляя первую и вторую строки определителя, в силу теоремы получим определитель -D. Но очевидно, эта операция не изменяет определитель D, поэтому -D = D и, следовательно, D = 0.

Следствие 2. Сумма парных произведений элементов какого-либо ряда определителя на алгебраические дополнения соответствующих элементов параллельного ряда равна нулю, т. е. для определителя (2) имеем Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаи т. д., а также Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаи т. д. (всего таких соотношений можно написать двенадцать).

Левые части всех соотношений (3) и (4) представляют собой разложения соответствующих определителей третьего порядка, содержащих два одинаковых параллельных ряда и, следовательно, равны нулю. Например, Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка(здесь разложение нужно производить во второй строке!).

III. Общий множитель элементов какого-либо ряда определителя можно выносить за знак определителя, т. е.

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Это свойство непосредственно вытекает из разложения определителя по элементам соответствующего ряда.

Следствие 1. Если все элементы какого-либо ряда определителя равны нулю, то определитель равен нулю.

Следствие 2. Если элементы какого-либо ряда определителя пропорциональны соответствующим элементам параллельного ряда его, то определитель равен нулю.

Например, имеем Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

IV. Если элементы какого-либо ряда определителя представляют собой суммы двух слагаемых, то определитель может быть разложен на сумму двух соответствующих определителей.

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Следствие. Величина определителя не изменится, если /с элементам какого-либо ряда его прибавить (или отнять) числа, пропорциональные соответствующим элементам параллельного ряда с одним и тем же коэффициентом пропорциональности (так называемые «элементарные преобразования определителя»).

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Рассмотрим, например, определители

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Используя свойства IV и III, будем иметь Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаЭлементарные преобразования дают удобный способ вычисления определителей.

Пример:

Вычислить симметричный определитель

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Решение:

Вычитая из второй строки удвоенную первую строку, а из третьей строки утроенную первую строку, получим Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Система трех линейных уравнений

Рассмотрим стандартную линейную систему трех уравнений

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

свободные члены которых находятся в правых частях. Под решением системы понимается всякая тройка чисел (х, у, г), удовлетворяющая этой системе. Введем определитель системы

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаа также дополнительные определителиСистема линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Последовательно умножая уравнения системы (1) на алгебраические дополнения Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкасоответствующих элементов Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкапервого столбца определителя D, получим

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Отсюда, применяя теорему разложения и следствие 2 к свойству II, будем иметь Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка, т. е. Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаИспользуя алгебраические дополнения элементов второго и третьего столбцов определителя D, аналогично находим

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Если определитель системы Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка, то из уравнений (5) и Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаполучаем единственное решение системы (1): Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаТаким образом, имеем правило Крамера: неизвестные стандартной линейной системы (1) с ненулевым определителем представляют собой дроби, знаменатель которых есть определитель системы, а числители равны соответствующим дополнительным определителям.

Замечание. Если определитель системы D = 0, то система (1) или несовместна, или имеет бесконечно много решений.

Пример:

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Решение:

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Вычитая из второго столбца удвоенный первый столбец, а из третьего столбца утроенный первый столбец, получимСистема линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Для дополнительных определителей находим следующие значения: Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаИспользуя правило Крамера, получаем решение системы:

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Однородная система трех линейных уравнений

Рассмотрим линейную систему

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

свободные члены которой равны нулю. Такая линейная система называется однородной.

Однородная линейная система (1), очевидно, допускает нулевое решение х = 0, у = 0, z = 0 и, следовательно, всегда совместна.

Интересно выяснить случаи, когда однородная система имеет ненулевые решения.

Теорема: Линейная однородная система трех линейных уравнений с тремя неизвестными имеет ненулевые решения тогда и только тогда, когда ее определитель равен нулю, т. е.

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Доказательство: Пусть система (1) имеет ненулевое решение Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаЕсли определитель ее Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкато на основании формул Крамера система (1) обладает только нулевым решением, что противоречит предположению. Следовательно, D = 0.

Пусть D = 0. Тогда линейная система (1) либо несовместна, либо имеет бесконечно много решений. Но наша система совместна, так как имеется нулевое решение. Следовательно, система (1) допускает бесконечно много решений, в том числе и ненулевые.

Замечание. Укажем способ нахождения ненулевых решений однородной системы (1) в типичном случае.

Пусть определитель системы D = 0, но не все его миноры второго порядка равны нулю.

Мы будем предполагать, что

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

(этого всегда можно добиться с помощью перестановки уравнений и изменения нумерации неизвестных).

Рассмотрим подсистему, состоящую из двух первых уравнений системы (1):Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

В силу решения этой системы имеют вид

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкагде Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка— соответствующие алгебраические дополнения. Подставляя эти числа в неиспользованное третье уравнение системы (1) и учитывая, что определитель D = 0, получаем

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Следовательно, формулы (5), где t произвольно, дают все решения полной системы (1).

Геометрически уравнения системы (1) представляют собой уравнения трех плоскостей в пространстве Oxyz. Если определитель Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка, то эти плоскости пересекаются в единственной точке 0(0, 0, 0); если же определитель D =0, но не все его миноры второго порядка равны нулю, то в нашем случае эти плоскости пересекаются по прямой линии (как «листы книги»). Без рассмотрения оставлен случай слияния трех плоскостей.

Система линейных уравнений с многими неизвестными. Метод Гаусса

Рассмотрим систему Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкалинейных уравнений с Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядканеизвестными:

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Здесь для коэффициентов системы введена двойная индексация, а именно: у коэффициента Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкапервый индекс i обозначает номер уравнения, а второй j — номер неизвестного. Для удобства выкладок свободные члены обозначены через Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Наиболее простой метод решения системы (1) — это метод исключения. Мы изложим его в форме схемы Гаусса (обычно называемой методом Гаусса).

Пусть для определенности Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка— ведущий коэффициент». Разделив все члены первого уравнения на аи, будем иметь приведенное уравнение

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Рассмотрим i-e уравнение системы (1):

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Для исключения xx из этого уравнения умножим приведенное уравнение (2) на ап и полученное уравнение вычтем из уравнения (4). Тогда будем иметь

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Таким образом, получаем укороченную систему

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

коэффициенты которой определяются по формулам (6).

Если ее ведущий коэффициент Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка, то из системы (7) указанным выше приемом можно исключить неизвестное Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка. причем новые коэффициенты будут вычисляться по формулам типа (6) и т.д. Эта часть вычислений называется прямым ходом метода Гаусса.

Для определения неизвестных Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаРассмотрим приведенные уравнения

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Отсюда последовательно находим неизвестные (обратный ход) Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаЗаметим, что операции (9) выполняются без деления.

Если очередной ведущий коэффициент окажется равным нулю, то уравнения системы следует переставить надлежащим образом. Возможно, конечно, что система (1) несовместна. Тогда, естественно, метод Гаусса не допускает реализации.

Пример:

Методом Гаусса решить систему

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Решение:

Составляем таблицу коэффициентов системы (10), рассматривая свободные члены ее как коэффициенты при Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка:Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Последний столбец Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкасодержит суммы элементов соответствующих строк таблицы; этот столбец служит для контроля вычислений.

Считая отмеченный коэффициент 2 ведущим и деля на этот коэффициент все элементы первой строки таблицы (включая и входящий в столбец Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка), получаем коэффициенты первого приведенного уравнения (см. табл.). Текущий контроль вычислений осуществляется тем, что элемент из столбца Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаравен сумме всех остальных элементов этой строки. Этим заканчивается заполнение раздела I таблицы.

Далее, используя формулу (6), подсчитываем коэффициенты укороченной системы, не содержащей неизвестного xv Для наглядности будем называть строку, содержащую коэффициенты приведенного уравнения, приведенной, а столбец, содержащий ведущий элемент раздела, — ведущим. Тогда на основании формулы (6) справедливо правило: преобразованные коэффициенты схемы Гаусса, равны ее прежним коэффициентам минус произведение «проекций» их на соответствующие приведенную строку и ведущий столбец таблицы. Пользуясь этим, заполняем раздел II таблицы, включая контрольный столбец. Для удобства вычислении в качестве ведущего коэффициента раздела П берем элемент 8 (см. табл.).

Аналогично производится заполнение раздела III таблицы. Этим заканчивается прямой ход схемы Гаусса.

Неизвестные Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкапоследовательно определяются из приведенных уравнений

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

(обратный ход). Результаты обратного хода помещены в разделе IV таблицы.

Заметим, что если в качестве свободных членов взять элементы столбца Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка, то для неизвестных получатся значения Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаСистема линейных алгебраических уравнений 2 го порядка Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкапревышающие на единицу значения неизвестных Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядкаЭтим обеспечивается заключительный контроль вычислений.

Рекомендую подробно изучить предметы:
  1. Математика
  2. Алгебра
  3. Линейная алгебра
  4. Векторная алгебра
  5. Высшая математика
  6. Дискретная математика
  7. Математический анализ
  8. Математическая логика
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Метод Гаусса — определение и вычисление
  • Прямая линия на плоскости и в пространстве
  • Плоскость в трехмерном пространстве
  • Функция одной переменной
  • Ряды в математике
  • Дифференциальные уравнения с примерами
  • Обратная матрица — определение и нахождение
  • Ранг матрицы — определение и вычисление

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Видео:Математика без Ху!ни. Метод Гаусса.Скачать

Математика без Ху!ни. Метод Гаусса.

Система линейных алгебраических уравнений. Основные термины. Матричная форма записи.

Видео:Решение системы уравнений методом Крамера.Скачать

Решение системы уравнений методом Крамера.

Определение системы линейных алгебраических уравнений. Решение системы. Классификация систем.

Под системой линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) подразумевают систему

содержащую $m$ уравнений и $n$ неизвестных ($x_1,x_2,ldots,x_n$). Прилагательное «линейных» означает, что все неизвестные (их еще называют переменными) входят только в первой степени.

Параметры $a_$ ($i=overline$, $j=overline$) называют коэффициентами, а $b_i$ ($i=overline$) – свободными членами СЛАУ. Иногда, чтобы подчеркнуть количество уравнений и неизвестных, говорят так «$mtimes n$ система линейных уравнений», – тем самым указывая, что СЛАУ содержит $m$ уравнений и $n$ неизвестных.

Если все свободные члены $b_i=0$ ($i=overline$), то СЛАУ называют однородной. Если среди свободных членов есть хотя бы один, отличный от нуля, СЛАУ называют неоднородной.

Решением СЛАУ (1) называют всякую упорядоченную совокупность чисел ($alpha_1, alpha_2,ldots,alpha_n$), если элементы этой совокупности, подставленные в заданном порядке вместо неизвестных $x_1,x_2,ldots,x_n$, обращают каждое уравнение СЛАУ в тождество.

Любая однородная СЛАУ имеет хотя бы одно решение: нулевое (в иной терминологии – тривиальное), т.е. $x_1=x_2=ldots=x_n=0$.

Если СЛАУ (1) имеет хотя бы одно решение, ее называют совместной, если же решений нет – несовместной. Если совместная СЛАУ имеет ровно одно решение, её именуют определённой, если бесконечное множество решений – неопределённой.

Система линейных алгебраических уравнений 2 го порядка

Имеем систему линейных алгебраических уравнений, содержащую $3$ уравнения и $5$ неизвестных: $x_1$, $x_2$, $x_3$, $x_4$, $x_5$. Можно, сказать, что задана система $3times 5$ линейных уравнений.

Коэффициентами системы (2) есть числа, стоящие перед неизвестными. Например, в первом уравнении эти числа таковы: 3, -4, 1, 7, -1. Свободные члены системы представлены числами 11, -65, 0. Так как среди свободных членов есть хотя бы один, не равный нулю, то СЛАУ (2) является неоднородной.

Упорядоченная совокупность $(4;-11;5;-7;1)$ является решением данной СЛАУ. В этом несложно убедиться, если подставить $x_1=4$, $x_2=-11$, $x_3=5$, $x_4=-7$, $x_5=1$ в уравнения заданной системы:

Естественно, возникает вопрос том, является ли проверенное решение единственным. Вопрос о количестве решений СЛАУ будет затронут в соответствующей теме.

Система (3) является СЛАУ, содержащей $5$ уравнений и $3$ неизвестных: $x_1$, $x_2$, $x_3$. Так как все свободные члены данной системы равны нулю, то СЛАУ (3) является однородной. Несложно проверить, что совокупность $(0;0;0)$ является решением данной СЛАУ. Подставляя $x_1=0$, $x_2=0$, $x_3=0$, например, в первое уравнение системы (3), получим верное равенство:

$$4x_1+2x_2-x_3=4cdot 0+2cdot 0-0=0.$$

Подстановка в иные уравнения делается аналогично.

Видео:Решение системы уравнений методом ГауссаСкачать

Решение системы уравнений методом Гаусса

Матричная форма записи систем линейных алгебраических уравнений.

С каждой СЛАУ можно связать несколько матриц; более того – саму СЛАУ можно записать в виде матричного уравнения. Для СЛАУ (1) рассмотрим такие матрицы:

Матрица $A$ называется матрицей системы. Элементы данной матрицы представляют собой коэффициенты заданной СЛАУ.

Матрица-столбец $B$ называется матрицей свободных членов, а матрица-столбец $X$ – матрицей неизвестных.

Используя введённые выше обозначения, СЛАУ (1) можно записать в форме матричного уравнения: $Acdot X=B$.

Матрицы, связанные с системой, можно записать различными способами: всё зависит от порядка следования переменных и уравнений рассматриваемой СЛАУ. Но в любом случае порядок следования неизвестных в каждом уравнении заданной СЛАУ должен быть одинаков (см. пример №4).

Записать СЛАУ $ left < begin& 2x_1+3x_2-5x_3+x_4=-5;\ & 4x_1-x_3=0;\ & 14x_2+8x_3+x_4=-11. end right. $ в матричной форме и указать расширенную матрицу системы.

Имеем четыре неизвестных, которые в каждом уравнении следуют в таком порядке: $x_1$, $x_2$, $x_3$, $x_4$. Матрица неизвестных будет такой: $left( begin x_1 \ x_2 \ x_3 \ x_4 end right)$.

Свободные члены данной системы выражены числами -5, 0, -11, посему матрица свободных членов имеет вид: $B=left( begin -5 \ 0 \ -11 end right)$.

Перейдем к составлению матрицы системы. В первую строку данной матрицы будут занесены коэффициенты первого уравнения: 2, 3, -5, 1.

Во вторую строку запишем коэффициенты второго уравнения: 4, 0, -1, 0. При этом следует учесть, что коэффициенты системы при переменных $x_2$ и $x_4$ во втором уравнении равны нулю (ибо эти переменные во втором уравнении отсутствуют).

В третью строку матрицы системы запишем коэффициенты третьего уравнения: 0, 14, 8, 1. Учитываем при этом равенство нулю коэффициента при переменной $x_1$ (эта переменная отсутствует в третьем уравнении). Матрица системы будет иметь вид:

$$ A=left( begin 2 & 3 & -5 & 1\ 4 & 0 & -1 & 0 \ 0 & 14 & 8 & 1 end right) $$

Чтобы была нагляднее взаимосвязь между матрицей системы и самой системой, я запишу рядом заданную СЛАУ и ее матрицу системы:

В матричной форме заданная СЛАУ будет иметь вид $Acdot X=B$. В развернутой записи:

$$ left( begin 2 & 3 & -5 & 1\ 4 & 0 & -1 & 0 \ 0 & 14 & 8 & 1 end right) cdot left( begin x_1 \ x_2 \ x_3 \ x_4 end right) = left( begin -5 \ 0 \ -11 end right) $$

Запишем расширенную матрицу системы. Для этого к матрице системы $ A=left( begin 2 & 3 & -5 & 1\ 4 & 0 & -1 & 0 \ 0 & 14 & 8 & 1 end right) $ допишем столбец свободных членов (т.е. -5, 0, -11). Получим: $widetilde=left( begin 2 & 3 & -5 & 1 & -5 \ 4 & 0 & -1 & 0 & 0\ 0 & 14 & 8 & 1 & -11 end right) $.

Записать СЛАУ $ left <begin& 3y+4a=17;\ & 2a+4y+7c=10;\ & 8c+5y-9a=25; \ & 5a-c=-4. endright.$ в матричной форме и указать расширенную матрицу системы.

Как видите, порядок следования неизвестных в уравнениях данной СЛАУ различен. Например, во втором уравнении порядок таков: $a$, $y$, $c$, однако в третьем уравнении: $c$, $y$, $a$. Перед тем, как записывать СЛАУ в матричной форме, порядок следования переменных во всех уравнениях нужно сделать одинаковым.

Упорядочить переменные в уравнениях заданной СЛАУ можно разными способами (количество способов расставить три переменные составит $3!=6$). Я разберу два способа упорядочивания неизвестных.

Введём такой порядок: $c$, $y$, $a$. Перепишем систему, расставляя неизвестные в необходимом порядке: $left <begin& 3y+4a=17;\ & 7c+4y+2a=10;\ & 8c+5y-9a=25; \ & -c+5a=-4. endright.$

Матрица системы имеет вид: $ A=left( begin 0 & 3 & 4 \ 7 & 4 & 2\ 8 & 5 & -9 \ -1 & 0 & 5 end right) $. Матрица свободных членов: $B=left( begin 17 \ 10 \ 25 \ -4 end right)$. При записи матрицы неизвестных помним о порядке следования неизвестных: $X=left( begin c \ y \ a end right)$. Итак, матричная форма записи заданной СЛАУ такова: $Acdot X=B$. В развёрнутом виде:

$$ left( begin 0 & 3 & 4 \ 7 & 4 & 2\ 8 & 5 & -9 \ -1 & 0 & 5 end right) cdot left( begin c \ y \ a end right) = left( begin 17 \ 10 \ 25 \ -4 end right) $$

Расширенная матрица системы такова: $left( begin 0 & 3 & 4 & 17 \ 7 & 4 & 2 & 10\ 8 & 5 & -9 & 25 \ -1 & 0 & 5 & -4 end right) $.

Введём такой порядок: $a$, $c$, $y$. Перепишем систему, расставляя неизвестные в необходимом порядке: $left < begin& 4a+3y=17;\ & 2a+7c+4y=10;\ & -9a+8c+5y=25; \ & 5a-c=-4. endright.$

Матрица системы имеет вид: $ A=left( begin 4 & 0 & 3 \ 2 & 7 & 4\ -9 & 8 & 5 \ 5 & -1 & 0 end right)$. Матрица свободных членов: $B=left( begin 17 \ 10 \ 25 \ -4 end right)$. При записи матрицы неизвестных помним о порядке следования неизвестных: $X=left( begin a \ c \ y end right)$. Итак, матричная форма записи заданной СЛАУ такова: $Acdot X=B$. В развёрнутом виде:

$$ left( begin 4 & 0 & 3 \ 2 & 7 & 4\ -9 & 8 & 5 \ 5 & -1 & 0 end right) cdot left( begin a \ c \ y end right) = left( begin 17 \ 10 \ 25 \ -4 end right) $$

Расширенная матрица системы такова: $left( begin 4 & 0 & 3 & 17 \ 2 & 7 & 4 & 10\ -9 & 8 & 5 & 25 \ 5 & -1 & 0 & -4 end right) $.

Как видите, изменение порядка следования неизвестных равносильно перестановке столбцов матрицы системы. Но каким бы этот порядок расположения неизвестных ни был, он должен совпадать во всех уравнениях заданной СЛАУ.

Заметили ошибку, опечатку, или некорректно отобразилась формула? Отпишите, пожалуйста, об этом в данной теме на форуме (регистрация не требуется).

🔍 Видео

Система линейных уравнений. Метод обратной матрицы. Матричный метод.Скачать

Система линейных уравнений. Метод обратной матрицы. Матричный метод.

15. Однородная система линейных уравнений / фундаментальная система решенийСкачать

15. Однородная система линейных уравнений / фундаментальная система решений

Матричный метод решения систем уравненийСкачать

Матричный метод решения систем уравнений

Линейная алгебра, 7 урок, СЛАУ. Матричный методСкачать

Линейная алгебра, 7 урок, СЛАУ. Матричный метод

Решение систем линейных алгебраических уравнений методом Крамера.Скачать

Решение систем линейных алгебраических уравнений  методом Крамера.

Решение системы уравнений методом Гаусса 4x4Скачать

Решение системы уравнений методом Гаусса 4x4

Решение системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) в Excel МАТРИЧНЫМ МЕТОДОМСкачать

Решение системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) в Excel МАТРИЧНЫМ МЕТОДОМ

Cистемы уравнений. Разбор задания 6 и 21 из ОГЭ. | МатематикаСкачать

Cистемы уравнений. Разбор задания 6 и 21 из ОГЭ.  | Математика

10. Метод Крамера решения систем линейных уравнений.Скачать

10. Метод Крамера решения систем линейных уравнений.

Математика без Ху!ни. Кривые второго порядка. Эллипс.Скачать

Математика без Ху!ни. Кривые второго порядка. Эллипс.

определители 2-го и 3-го порядка. метод Крамера для решения систем линейных уравненийСкачать

определители 2-го и 3-го порядка. метод Крамера для решения систем линейных уравнений
Поделиться или сохранить к себе: