Рассмотрим СЛАУ:
~ | (7.1) |
По аналогии со СЛАУ второго порядка выпишем , , и .
, , , . | (7.2) |
Тогда получим:
; ; . | (7.3) |
Пример №7.1:
Решите систему линейных алгебраических уравнений третьего порядка методом Крамера.
Решение:
Решим данную СЛАУ методом Крамера. Для этого выпишем сначала расширенную матрицу этой:
Далее воспользуемся формулами Крамера (7.2):
Тогда используя формулы (7.3) получим:
;
;
.
Ответ: , , .
Решение СЛАУ методом Гаусса.
Рассмотрим СЛАУ:
~
Метод Гаусса это итерационный метод решения СЛАУ. Эти итерации основаны на равносильных преобразованиях СЛАУ. Для того чтобы дать представление о равносильных преобразованиях систем сформулируем несколько определений и правил. Для определенности перечисленные определения и понятия дадим для случая трех переменных.
Определение №1: Равенство будем называть линейным уравнением с тремя неизвестными.
Пусть , тогда , тоже линейное уравнение с тремя неизвестными.
Определение №2: Два линейных уравнения с тремя неизвестными и называются равносильными, если каждое решение первого есть решение второго, а каждое решение второго есть решение первого. При этом пишут: .
Правило равносильных преобразований систем.
Дадим несколько основных правил равносильных преобразований СЛАУ. Для простоты будем говорить о СЛАУ третьего порядка. Заметим, что все правила перечисленные здесь для СЛАУ третьего порядка справедливы и для СЛАУ второго порядка и порядка большего трех.
8.2.1°. Если в СЛАУ одно уравнение заменить на равносильное ему уравнение, то получим систему, равносильную данной.
8.2.2°. Система содержит уравнение вида , где – некоторое неизвестное, – функция, не зависящая от . Тогда, если во всех оставшихся уравнениях СЛАУ вместо подставить , то полученная таким образом система будет равносильна исходной.
8.2.3°. Допустим, что СЛАУ содержащей уравнение и . Если в этой СЛАУ уравнение заменить уравнением , где , то получим систему, равносильную данной.
Метод Гаусса.
Опишем теперь сам алгоритм метода Гаусса для нахождения решения СЛАУ.
1. Выписать расширенную матрицу СЛАУ.
2. В таблице в первом столбце выбрать ведущий элемент и эту строку поменять местами с первой строкой таблицы.
3. С помощью правил 3° сделать так, чтобы элементы выбранного столбца под ведущим элементом обратились в ноль.
4. Выбрать ведущий элемент в следующем столбце и поменять строку с выбранным элементом со строкой, стоящей ниже строки с прошлым выбранным элементом и снова повторить п.3, продолжая делать это, пока таблица не примет один из видов:
а. 1) В одной из строк все элементы , а система решений не имеет.
б. 2) Если в одной из строк все и , то поменять эту строку с самой нижней строкой, в которой хотя бы одно и снова перейти к п.3. Когда исчерпаются все такие строки, принимая неизвестные, которые находятся в конце таблицы, за независимые функции, по правилу 8.2.20, найдем решение СЛАУ. Заметим, число таких неизвестных равно числу нулевых строк. В этом случаи СЛАУ имеет бесконечное множество решений.
3) Если мы получим таблицу вида (в частности):
Тогда, используя правило 8.2.2°, получим, что . Подставляя, полученный в строку выше, снова используя правило 8.2.2°, найдем . Продолжая этот процесс далее, последовательно найдем оставшиеся . Очевидно, что в этом случаи СЛАУ имеет единственное решение.
Пример №8.3.1:
Решите систему линейных алгебраических уравнений третьего методом Гаусса.
Решение:
Решим данную систему методом Гаусса. Для этого выпишем сначала расширенную матрицу этой:
Далее начнем производить шаги метода Гаусса. Ведущий элемент будем обозначать квадратиком. Строки будем обозначать буквой С, а действия производимые над строками будем писать правее матрицы.
Сопоставив последней расширенной матрице СЛАУ, получим
Заметим, что решение данной СЛАУ, полученное с помощью метода Гаусса, совпадает с решением, полученным с помощью метода Крамера.
Ответ: , , .
9 Решение систем двух уравнений с двумя неизвестными, когда одно линейное, а другое – второй степени.
Запишем еще одно правило равносильного преобразования систем:
9.4°. Система, содержащая уравнение вида , распадается на две системы: в одной это уравнение заменено на , а в другой – уравнением . При этом, если уравнение равносильно совокупности уравнений и , то данная система равносильна совокупности этих систем, то есть множество решений данной системы есть объединение множеств решений этих систем.
Пример №9.1:
Решить систему уравнений
Решение:
Для решения данной системы применим сначала правило 8.2.2о, тогда получим
Применив к последней системе правило 9.4о получим
Ответ: (5;0) и (0;-5).
10 Практические задания
1. По заданной системе линейных алгебраических уравнений постройте ее расширенную матрицу:
1.1 1.2 1.3
1.4 1.5 1.6
1.7 1.8 1.9
1.10 1.11 1.12
1.13 1.14 1.15
1.16 1.17 1.18
1.19 1.20 1.21
1.22 1.23
2. Найдите значение определителя методом разложения и графическим методом. Сравните результаты.
2.1 2.2 2.3 2.4
2.5 2.6 2.7 2.8
2.9 2.10 2.11
2.12 2.13 2.14
2.15 2.16 2.17
2.18 2.19 2.20
2.21 2.22
3. Найдите корни уравнения:
3.1 3.2
3.3 3.4
3.5
3.6 3.7
3.8 3.9
3.10
4. Приведите уравнения к каноническому уравнению эллипса, гиперболы, параболы или окружности и найдите для кривых второго порядка заданных данными уравнениями оси, фокусы, асимптоты, директрису и эксцентриситет:
4.1 4.2
4.3 4.4
4.5 4.6
4.7 4.8
5. Решите систему линейных уравнений методом подстановки, методом Крамера и методом Гаусса:
5.1 5.2 5.3
5.4 5.5 5.6
5.7 5.8 5.9
5.10 5.11 5.12
5.13 5.14 5.15
5.16 5.17 5.18
6. Найдите все значение параметра, при котором система алгебраических уравнений имеет единственное решение, бесконечно много решений и является несовместной:
6.1 6.2 6.3
6.4 6.5 6.6
6.7 6.8 6.9
6.10
7. Решите систему уравнений
7.1 7.2 7.3
7.4 7.5 7.6
7.7