Правило Крамера
Обозначим
(определитель получается из D заменой i -го столбца на столбец свободных членов). Правило Крамера состоит в том, что при СЛАУ совместна и имеет единственное решение
Решение СЛАУ методом Гаусса
При решении методом Гаусса расширенную матрицу системы элементарными преобразованиями приводят к трапецеидальному виду. Затем, начиная с последнего уравнения, последовательно находят неизвестные.
К числу элементарных преобразований относят:
1) перестановку столбцов или строк;
2) умножение столбца (строки) на число, отличное от нуля;
3) прибавление к столбцу (строке) другого столбца (другой строки), умноженного предварительно на некоторое число;
4) зачеркивание нулевого столбца (строки).
Трапецеидальной матрицей называется матрица имеющая вид
где
Задачи
Рассмотрим в аудитории типичные примеры, для решения которых используются приведенные определения, теоремы и понятия.
1. Решить систему по правилу Крамера:
1)
Решение. Находим главный определитель системы:
. Следовательно, система имеет единственное решение. Формулы Крамера:
, , .
Вычислим определители , , .
.
В главном определителе первый столбец заменили столбцом свободных членов.
.
.
В главном определителе второй столбец заменили столбцом свободных членов.
.
В главном определителе третий столбец заменим столбцом свободных членов.
.
Находим , , .
; ; .
2)
Ответ. 1) ;
2) .
2. Решить СЛАУ методом Гаусса:
1)
Запишем расширенную матрицу системы и выполним эквивалентные преобразования. В результате получим:
.
Последней матрице соответствует система линейных уравнений треугольного вида, т.е имеет единственное решение:
Получим решение системы:
Метод последовательного исключения неизвестных предусматривает, что переменные можно исключать в любом порядке.
.
Последней матрице соответствует система линейных уравнений:
2)
Запишем расширенную матрицу системы и выполним эквивалентные преобразования. В результате получим:
.
В последней матрице отбросили нулевую строку. Запишем систему линейных уравнений, соответствующую последней матрице:
Эта система является совместной и неопределенной. Перенесем одно неизвестное, например , в правую часть последнего уравнения системы, получим решение:
Неизвестному можно придать любые значения, поэтому система имеет бесчисленное множество решений.
Рассуждая в терминах строчного ранга матрицы, можно заключить, что ранг матрицы системы равен 3 (число ненулевых строк после применения к ней метода Гаусса), а количество свободных неизвестных равно (n-число неизвестных системы).
3)
Выполнив над системой эквивалентные преобразования, получим:
.
Получим систему:
Получили противоречивый результат . Система несовместна (ранг расширенной матрицы, равный 4, оказался больше ранга матрицы системы, равный 3).
4) .
Ответ. 1) ; 2) ;
3) Система несовместна; 4) .
Задания для самостоятельного решения
1. Решить СЛАУ по правилу Крамера, методом Гаусса, матричным методом:
1) 2) 3)
5) 6)
7) 8) 9)
Ответ.
2. Решить систему уравнений:
1) 2)
3) 4)
Ответ. 1) ; 2) ;
3) ; 4) .