Megoldási módjait, egy lineáris algebrai egyenletek - studopediya

Megoldás rendszerek algebrai uravneniyyavlyaetsya egyik fő problémája a lineáris algebra. Ez a probléma a nagy gyakorlati jelentősége megoldásában tudományos és műszaki problémák mellett leányvállalata a végrehajtása sok algoritmusok számítógépes matematika, matematikai fizika, a feldolgozó a kísérleti eredményeket.







Egy lineáris algebrai egyenletek nevezzük egyenletrendszer a következő formában: (1)

ahol - ismeretlen; - együtthatók az ismeretlenek - a szabad feltételeket.

Az egyenletrendszer (1) bármely olyan számok halmaza, amely visznek be a rendszer (1) az a hely, az ismeretlen felhívja az összes egyenletet a megfelelő numerikus egyenlőséget.

Az egyenletrendszer nevű együttes. ha van legalább egy megoldást, és következetlen. Ha nincs megoldás.

A közös egyenletrendszer nevezett bizonyos. Ha viszont egy egyedi megoldás, és bizonytalan. ha van legalább két különböző megoldásokat.

Két egyenletrendszer úgynevezett egyenértékű vagy azzal egyenértékű. ha ugyanaz a sor megoldást.

Rendszer (1) nevezzük homogén. ha a szabad feltételek nullával egyenlő:

Homogén rendszer mindig együtt - van egy megoldás (talán az egyetlen).

Ha a rendszer (1). akkor van egy rendszer n lineáris egyenletrendszer n ismeretlennel: ahol - ismeretlen; - együtthatók az ismeretlenek - a szabad feltételeket.

A lineáris rendszer lehet egy különleges megoldás, vagy végtelen sok megoldás nincs megoldás.

Képzeljünk el egy rendszert két lineáris egyenletek két ismeretlen

Ha a rendszer egy egyedi megoldást;

Ha a rendszerben nincs megoldás;

Ha a rendszerben van egy végtelen számú megoldást.

Példa. A rendszernek van egy egyedi megoldás a számpár

A rendszernek van egy végtelen számú megoldást. Például, oldatok Ennek a rendszernek van egy pár szám, stb

A rendszernek nincs megoldása, mivel a különbség a két szám nem kaphat két különböző értékeket.

Definíció. másodrendű meghatározó úgynevezett expresszióját formájában:

Jelöljük a meghatározója a D szimbólumot

A számok a11, ..., a22 nevezett elemek meghatározó.

Átlós kialakított elemek A11; A22 jelentése az úgynevezett fő diagonális kialakított elemek a12; a21 - oldalon.

Így a másodrendű különbség azonos a meghatározó eleme a fő termékek és melléktermékek átlók.

Megjegyezzük, hogy válaszul a menetek száma.

Példa. Számítástechnika a meghatározó:

Képzeljünk el egy rendszert két lineáris egyenletek két ismeretlen: ahol x1, x2 ismeretlen; a11. ..., A22 - együtthatók az ismeretlenek, B1, B2 - ingyenes tagok.

Ha a rendszer a két egyenlet két ismeretlennel egyedülálló megoldás, de megtalálható a másodlagos azonosító.

Definíció. Meghatározója az együtthatók az ismeretlenek, az a meghatározó a rendszer: D =.

Az oszlopok a D determináns együtthatók rendre, x1 és x2. Bemutatjuk két további meghatározó, amelyeket nyert meghatározója a rendszer helyett egyik oszlop az oszlop ingyenes tagok: D1 = D2 =.

Tétel 14 (Cramer, az n = 2 esetben). Ha a D determináns rendszer nullától eltérő (D¹0), a rendszer egy egyedi megoldást, ami által:

Ezek a képletek nevezzük képletek Cramer.

Példa. Oldja meg a rendszer a Cramer szabály:

Határozat. Keresse meg a számok

A képletek Kramer és megoldást találni az eredeti rendszer:

Definíció. Meghatározója a harmadik rend kifejeződése a következő formában:

A felvétel plusz tartalmazza: a termék az elemek a fő diagonális, a másik két komponens a termék az elemek található a csúcsai a háromszögek a bázissal párhuzamos a fő átlós. A kifejezések kevesebb alkotják a ugyanazt a mintát képest a másodlagos átlós.

Példa. Számítástechnika a meghatározó:

Képzeljünk el egy rendszert három lineáris egyenletek három ismeretlennel: ahol - ismeretlen; - együtthatók az ismeretlenek - a szabad feltételeket.







Abban az esetben, egy egységes rendszert oldatot 3 lineáris egyenletek három ismeretlennel lehet megoldani a segítségével meghatározóit érdekében 3.

D determináns rendszer formájában:

Bemutatjuk három további meghatározó:

15. Tétel (Cramer, az esetben, ha n = 3). Ha a D determináns rendszer nem nulla, akkor a rendszer egy egyedi megoldást, ami által Cramer:

Példa. Mi megoldjuk a rendszer a Cramer-szabály.

Határozat. Keresse meg a számok

A képletek Kramer és megoldást találni az eredeti rendszer:

Vegye figyelembe, hogy Cramer tétel alkalmazható, ha a szám egyenletek száma megegyezik az ismeretlenek, és amikor a D determináns nem nulla.

Ha a determináns értéke nulla, akkor a rendszer nem lehet semmilyen megoldás sem rendelkezik végtelen számú megoldást. Ezeket az eseteket vizsgáltuk külön-külön.

Megjegyzés egyetlen eset. Ha a rendszer determinánsa nulla (D = 0), és a legalább egy további meghatározó nullától eltérő, a rendszernek nincs megoldások, azaz ez megvalósíthatatlan.

Cramer-tétel általánosítható rendszer n lineáris egyenletrendszer n ismeretlennel: ahol - ismeretlen; - együtthatók az ismeretlenek - a szabad feltételeket.

Ha a meghatározója a rendszer lineáris egyenletek ismeretlenek az egyetlen megoldás a rendszer által adott Cramer:

További meghatározó nyert D determináns, ha ez egy oszlop ismeretlen együtthatók xi helyettesíti az oszlop szabad kifejezések.

Megjegyezzük, hogy a determinánsok D, D1. .... Dn n rend.

Gauss módszer megoldására rendszerek lineáris egyenletek

Az egyik leggyakoribb módszer megoldására rendszerek lineáris algebrai egyenletek az eljárás egymást követő megszüntetése ismeretlenek -módszer Gauss. Ez a módszer általánosítása módszer abból áll, hogy ebben az esetben az egymás utáni megszüntetése ismeretlen maradt, amíg senki egyenlet egy ismeretlen.

A módszer azon alapul, bizonyos átalakulások a lineáris egyenletrendszer, amely így egy olyan rendszer, amely ekvivalens az eredeti rendszer. módszer Az algoritmus két részből áll.

Az első szakasz az úgynevezett közvetlen során Gauss. Fekszik a szekvenciális megszüntetése ismeretlenek a egyenletek. Erre a célra, hogy az első lépésben osztva az első egyenlet (egyébként végzett permutációját egyenletek). Jelöljük az együtthatók kapott fenti egyenlet, azt szorozni egy együtthatóval, és kivonjuk a második egyenletből, kiküszöbölve így a második egyenletet (nullázódás arány).

Hasonlóképpen érkeznek más egyenletek és kapott egy új rendszer, amely az összes egyenletet, mivel a második együtthatók. Ez tartalmazza csak nullát. Nyilvánvaló, hogy a kapott új rendszer lesz egyenértékű az eredeti rendszer.

Ha az új együtthatók. nem minden nulla, mozhnotakim ugyanúgy kizárja a harmadik és az azt követő egyenletek. Folytatva ezt a folyamatot a következő ismeretlen, így a rendszer egy úgynevezett háromszög alakú:

Itt szimbólumok és jelentős változás eredményeként átalakulások numerikus együtthatók és a szabad feltételeket.

Az utolsó egyenletet a rendszer egyértelműen meghatározott. majd szekvenciális helyettesítés - egyéb ismeretlenek.

Megjegyzés. Néha, mint a változások eredményeképpen bármely egyenletek minden együttható és a jobb oldali eltűnik, vagyis az egyenlet válik identitás 0 = 0. Kiküszöbölve egy ilyen egyenlet rendszer, számának csökkentése egyenletek, míg az ismeretlenek száma. Egy ilyen rendszer nem lehet az egyetlen megoldás.

Ha a folyamat alkalmazása a Gauss-elimináció bármely egyenlet válik egyenlő formájában 0 = 1 (a koefficiensek az ismeretlenek fordult 0, míg a jobb oldali hozott nem nulla érték), az eredeti rendszer nem megoldás, mivel az ilyen egyenlőséget hamis bármely értékek ismeretlen.

Képzeljünk el egy rendszert három lineáris egyenletek három ismeretlennel:

ahol - ismeretlen; - együtthatók az ismeretlenek - a szabad feltételeket.

Gauss módszer ennek a problémának a rendszer a következő. Osszuk minden tagja az első egyenletet. majd megszorozzuk a kapott egyenletet vonja ki azt, illetve a második és a harmadik egyenlet (2). Majd a második és a harmadik egyenlet az ismeretlen lesz zárva, és kapsz a fajta rendszer: (3)

Most osztani a második egyenletet rendszer (3), hogy szaporodnak a kapott egyenletet és vonjuk a harmadik egyenlet. Ezután a harmadik egyenlet az ismeretlen lesz távolítva, és a rendszer pedig egy háromszög alakú: (4)

Az utolsó egyenlet (4) találunk. helyettesítés talált

Az érték az első egyenletben, azt látjuk,

Példa. Mi megoldjuk a rendszer a Gauss módszer.

Határozat. Elosztjuk az első egyenletet 2, megkapjuk a megfelelő rendszerrel:

Vonjuk ki a második egyenletből kétszer az első és a harmadik - az első szorozva 5. Készítsen elő:

Kivonás a harmadik egyenlet a második kettős, majd ossza el a második egyenletet -7 (együttható), és a harmadik - 15 (új együttható). A rendszer formáját ölti:

Ezért - egy egyedülálló megoldás.

Példa. Mi megoldjuk a rendszer a Gauss módszer.

Határozat. Rendszer után megszűnik a második és a harmadik egyenlet formájában:

Ha majd vonjuk ki a második egyenletből a harmadik, az utolsó egyenlet azonosság 0 = 0. A rendszer két egyenlet marad:

A megoldás felírható: # 8210; bármennyi

Így a rendszer végtelen sok megoldást.

Válasz. A rendszer végtelen sok megoldást.

Példa. Mi megoldjuk a rendszer a Gauss módszer.

Határozat. E rendszer alkalmazásának Gauss, megkapjuk

Amennyiben az utolsó egyenlet hamis minden érték az ismeretlen, így a rendszer nem megoldás.

Válasz. A rendszernek nincs megoldás.

Megjegyezzük, hogy a módszer Cramer korábban tárgyalt lehet használni megoldásában csak azokat a rendszereket, amelyek száma egyenletek egyenlő az ismeretlenek száma, a meghatározója a rendszernek alkalmasnak kell lennie nullától eltérő. Gauss módszer sokoldalúbb és alkalmas rendszerek tetszőleges számú egyenletek.




Kapcsolódó cikkek