За допомогою систем лінійних алгебраїчних рівнянь моделюється переважна більшість практичних задач з економіки.
, | (1.14) |
де – коефіцієнти рівняння; – невідомі рівняння; – вільні члени рівняння.
Розв’язком системи лінійних алгебраїчних рівнянь називають таку сукупність чисел, яка перетворює всі рівняння (1.14) на числові тотожності.
Якщо права частина (1.14) дорівнює нулю , то систему рівнянь називають однорідною, або неоднорідною, якщо .
Система рівнянь (1.14) називається сумісною, якщо вона має хоча б один розв’язок, і несумісною, якщо не має жодного розв’язку.
Складемо визначник третього порядку з коефіцієнтів систем – головний визначник системи:
. | (1.15) |
Можливі наступні випадки розв’язку системи лінійних алгебраїчних рівнянь:
1) , тоді система (1.14) має єдиний розв’язок, який можна знайти або за формулами Крамера, або методом Гаусса, або матричним способом;
2) , тоді система (1.14) або несумісна, або має безліч розв’язків.
Розв’язування системи лінійних алгебраїчних рівнянь за формулами Крамера: необхідно скласти три визначники третього порядку з головного визначника (1.15) шляхом перестановки замість 1, 2, 3–го стовпця стовпець вільних членів – це додаткові визначники
. | (1.16) |
За формулами Крамера розв’язок системи рівнянь (1.14) має такий вигляд:
. | (1.17) |
Метод Гаусса розв’язування системи лінійних алгебраїчних рівнянь: метод послідовних вилучень невідомих, запропонований Гауссом можна розглянути на прикладі системи (1.14), поділивши перше рівняння на , друге – на , третє – на , матимемо:
, | (1.18) |
де . Віднявши від другого і третього рівняння перше, дістанемо
, | (1.19) |
де .
Поділивши перше рівняння на , а друге – на , отримаємо
. | (1.20) |
Віднявши перше рівняння від другого, дістанемо
, | (1.21) |
звідки
. | (1.22) |
Тепер можна знайти та .
Матричний метод розв’язування системи лінійних алгебраїчних рівнянь: якщо систему (1.14) записати в матричній формі
. | (1.23) |
де – матриця коефіцієнтів системи;
– матриця невідомих;
– матриця вільних членів.
. | (1.24) |
Помножимо (1.23) на обернену матрицю . Оскільки , то дістанемо матричний спосіб розв’язування систем:
. | (1.25) |
Розглянемо однорідну систему рівнянь:
. | (1.26) |
Складемо головний визначник системи. При розв’язанні системи (1.26) можуть бути випадки:
1) , тоді система (1.26) має єдиний нульовий розв’язок, тобто ;
2) , тоді система (1.26) може мати безліч ненульових розв’язків, тобто буде неозначеною. У цьому випадку одне з рівнянь системи є лінійною комбінацією двох інших і може бути відкинуте. Тоді система буде складатися з двох рівнянь з трьома невідомими і матиме, наприклад, вигляд:
. | (1.27) |
Нехай із трьох визначників другого порядку цієї системи хоча б один не дорівнює нулеві, наприклад, визначник із коефіцієнтів при невідомих та :
. | (1.28) |
Тоді система (1.27) є невизначеною і має безліч розв’язків, які знаходять за формулами:
. | (1.29) |
де , , – довільне дійсне число.
Може бути випадок, коли усі три визначники системи (1.27) дорівнюють нулю. Тоді одне з рівнянь системи є наслідком іншого і може бути відкинуто. Залишається одне рівняння системи (1.27), наприклад, перше. Якщо, наприклад, , то система має розв’язок, що знаходять за формулами:
, | (1.30) |
де – довільні дійсні числа.
Індивідуальне завдання за темою „Лінійна алгебра”
Завдання І. Задані матриці . Необхідно:
1. Знайти величину визначника матриці () трьома способами:
а) використавши правило трикутника (правило Саррюса);
б) розклавши визначник за елементами того рядка, який містить нуль;
в) одержавши два нулі в будь-якому рядку і розклавши визначник по елементах цього рядка.
2. Знайти матрицю , якщо , де – одинична матриця третього порядку.
3. Знайти два можливі добутки, утворені з матриць .
4. Знайти матрицю , обернену до матриці .
Варіант 1 | |||
Варіант 2 | |||
Варіант 3 | |||
Варіант 4 | |||
Варіант 5 | |||
Варіант 6 | |||
Варіант 7 | |||
Варіант 8 | |||
Варіант 9 | |||
Варіант 10 | |||
Варіант 11 | |||
Варіант 12 | |||
Варіант 13 | |||
Варіант 14 | |||
Варіант 15 | |||
Варіант 16 | |||
Варіант 17 | |||
Варіант 18 | |||
Варіант 19 | |||
Варіант 20 | |||
Варіант 21 | |||
Варіант 22 | |||
Варіант 23 | |||
Варіант 24 | |||
Варіант 25 | |||
Варіант 26 | |||
Варіант 27 | |||
Варіант 28 | |||
Варіант 29 | |||
Варіант 30 |
Завдання ІІ. Знайти величину визначника четвертого порядку, скориставшись його властивостями та одержавши три нулі в будь-якому рядку.
Варіант 1 | Варіант 2 | Варіант 3 |
Варіант 4 | Варіант 5 | Варіант 6 |
Варіант 7 | Варіант 8 | Варіант 9 |
Варіант 10 | Варіант 11 | Варіант 12 |
Варіант 13 | Варіант 14 | Варіант 15 |
Варіант 16 | Варіант 17 | Варіант 18 |
Варіант 19 | Варіант 20 | Варіант 21 |
Варіант 22 | Варіант 23 | Варіант 24 |
Варіант 25 | Варіант 26 | Варіант 27 |
Варіант 28 | Варіант 29 | Варіант 30 |
Завдання ІІІ. Розв’язати систему лінійних алгебраїчних рівнянь трьома способами:
а) за формулами Крамера;
б) методом Гаусса;
в) методом оберненої матриці.
Варіант 1 | Варіант 2 | Варіант 3 |
Варіант 4 | Варіант 5 | Варіант 6 |
Варіант 7 | Варіант 8 | Варіант 9 |
Варіант 10 | Варіант 11 | Варіант 12 |
Варіант 13 | Варіант 14 | Варіант 15 |
Варіант 16 | Варіант 17 | Варіант 18 |
Варіант 19 | Варіант 20 | Варіант 21 |
Варіант 22 | Варіант 23 | Варіант 24 |
Варіант 25 | Варіант 26 | Варіант 27 |
Варіант 28 | Варіант 29 | Варіант 30 |